JP2007035635A - Ｍｅｍｓスイッチ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可動電極のシーソー回転構造を改善し、接触部材の接触力を増大させると共に復元力を向上させ、初期プルイン電圧（Ｐｕｌｌ−ｉｎ Ｖｏｌｔａｇｅ）を下げるＭＥＭＳスイッチを提供する。
【解決手段】開示されたＭＥＭＳスイッチは、基板と、基板の上面に形成された少なくとも一つの固定電極と、基板の上面に形成され、固定電極の一側に形成された少なくとも一つの復元電極と、基板の上面に形成され、スイッチング接触部を有する少なくとも一つの信号ラインと、基板上に弾性連結体を媒介とし、基板の上面から所定間隔を隔てて連結された可動電極と、可動電極の底面もしくは弾性連結体の底面に形成され、スイッチング接触部と接触もしくは離脱される少なくとも一つの接触部材と、可動電極の底面もしくは基板の上面のうちいずれか一側に形成された少なくとも一つのピボット突起と、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｒｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）スイッチ及びその製造方法に関する。

高周波帯域で使われる多くの電子システムは超小型化、超軽量化、高性能化になりつつある。従って、今までこれらのシステムの信号を制御するために使われているＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やピンダイオード（Ｐｉｎ Ｄｉｏｄｅ）のような半導体スイッチを代替するために、マイクロマシニング（Ｍｉｃｒｏ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）という新しい技術を利用した超小型マイクロスイッチが広く研究されている。

ＭＥＭＳ技術を利用したＲＦ（Radio Frequency）素子の中で、現在一番幅広く製造されているのはスイッチである。ＲＦスイッチはマイクロ波やミリメートル波帯域の無線通信端末及びシステムでの信号の選別伝送やインピーダンス整合回路などでよく応用される素子である。
図１は従来のシーソータイプのＭＥＭＳスイッチの構成を示す側面図であり、図２Ａ、２Ｂは図１のスイッチが動作される状態を示す動作状態図である。

図１を参照すれば、従来のＭＥＭＳスイッチ１は、基板２の上方に所定の間隔ｄを隔てて、可動電極３がスプリングアーム５を媒介としてシーソー運動が可能なように設置される。
可動電極３の少なくとも一端には接触部材７が形成され、接触部材７と対応する位置の基板２の上面には信号ライン９が形成される。

基板２上には、固定電極１１及び復元電極１３が形成される。固定電極１１は、可動電極３と共に静電気力を発生させ、接触部材７を信号ライン９に接触させる。復元電極１３は、固定電極１１の他側に設けられており、接触部材７が設けられた可動電極３の一端を、基板２から離させる。
こうした従来のＭＥＭＳスイッチ１は図２Ａに示すように固定電極１１に電圧が印加されると、これらの間で帯電が起こり、静電引力によって可動電極３がスプリングアーム５を中心に時計方向に回転し、可動電極３の底面に設けられた接触部材７が信号ライン９に接触される。

次に、図２Ｂに示すように固定電極１１の電圧を解除した後、復元電極１３に電圧を印加すると、可動電極３はスプリングアーム５を中心に反時計方向に回転し、接触部材７を信号ライン９から離させる。
前述のようなシーソータイプのＭＥＭＳスイッチは、既存の平板型（可動電極の全体が基板に対して固定されるメンブレイン形態）スイッチに比べ、機械的スプリングによる復元力以外に静電気力を利用した復元部を、ＭＥＭＳ工程が行い易いように同一平面上に具現することで、復元力が高められる長所がある。しかし、接触部材７が信号ライン９に接触された状態になる時、可動電極３は図２Ａに示すように所定の角度（θ°）で傾いた状態になる。そのため、平板型に比べ電極間隔の非効率性により接触部材７の接触力が相対的に低くなる問題点がある。これは可動電極３と固定電極１１との間の距離が一定ではないために、電極間に発生する電界に偏りが発生し、効率よく静電力を利用することができないためである。例えば、ある部分では静電力が大きく接触力が大きいが、ある部分では静電力が小さく接触力が小さくなる。この接触力が小さい部分が生じるために、この部分から接触部材が離れてしまう。そのため、接触力を高めるために、駆動電圧が高くなる問題点がある。

また、図２Ａに示すように接触部材７が信号ライン９と接触された状態になる時、可動電極３がスプリングアーム５を中心として傾くことにより、接触部材７の反対側の端部から基板２までの距離Ｌが長くなってしまう。そのため、可動電極３を復元させるために復元電圧を高くしなければならない問題点がある。
韓国公開特許 ２００４−０９９８０８ 韓国公開特許 ２００４−１０６０８４ 欧州特許 ００８９２４１９Ａ２

本発明は、前述した問題点を解決するために提出されたもので、本発明の第１の目的は効率よく静電力を利用することができ、復元電圧を低くできるＭＥＭＳスイッチを提供することにある。
本発明の第２の目的は前述したようなＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

前述した目的を達成するために提案された本発明１によると、基板と、前記基板の上面に形成された少なくとも一つの固定電極と、前記基板の上面に形成され、前記固定電極の一側に形成された少なくとも一つの復元電極と、前記基板の上面に形成され、スイッチング接触部を有する少なくとも一つの信号ラインと、前記基板上に弾性連結体を媒介とし、前記基板の上面から所定間隔を隔てて連結された可動電極と、前記可動電極の底面もしくは前記弾性連結体の底面に形成され、前記スイッチング接触部と接触もしくは離脱される少なくとも一つの接触部材と、前記可動電極の底面もしくは前記基板の上面のうちいずれか一側に形成された少なくとも一つのピボット突起と、を含むことを特徴とするＭＥＭＳスイッチが提供される。

本発明に係るＭＥＭＳスイッチによると、基本的にシーソー型スイッチの構造を有している。しかし、本発明によれば、上部基板と下部基板とが近づいて、それぞれの両基板上に設けられた接触部材と信号ラインとが接触する場合に、平板型スイッチの構造を有する。このため、両基板上の各電極間の間隔がほぼ一定となり、電極間に発生する電界が均一となり、静電力が均一となる。これにより、効率よく静電力を利用することができるようになり、両基板間を近づける力が大きくなる。つまり、両基板上の接触部材と信号ラインとの接触力を高めることができる。そのため、接触力を高めるための駆動電圧を低くすることができる。

また、本発明によれば、両基板上の接触部材と信号ラインとが接触する場合、ピボット突起を介して接触される。このピボット突起の高さは微小であるため、接触部材を信号ラインから離す場合、その離すのに必要な力が小さくてすむ。つまり、接触部材を信号ラインから離すための静電力が小さく、電極に小さな印加電圧を印加するだけで足りる。また、電圧を増加させると静電力が増加するため、機械的スプリングとは関係なく接触力と復元力とを増加させることができる利点がある。本発明２は、発明１において、前記弾性連結体は所定の間隔を隔てて配置された一対のビームで構成されその間に前記可動電極を介在する可動フレームと、前記ビームの一端を前記基板に連結する第１弾性部材と、前記ビームに介在される前記可動電極の端部を前記ビームの他端側に連結する第２弾性部材とを含むことができる。

可動電極は、第１弾性部材及び第２弾性部材からなる二重のヒンジ構造によって回動可能のように構成されているため、機械的スプリングの剛性を弱く設計することができる。そのため、バルク構造物としてスイッチを具現しながらも初期のプルイン電圧が減少できる。さらに、ピボット突起を利用したスイッチングの際、機械的スプリングによる影響を最小化できる利点がある。例えば、機械的スプリングを用いる場合、その剛性の強さゆえに、大きな電圧をかけて接触部材を信号ラインから離さなければならない場合がある。しかし、本発明の構成によれば、弾性を向上することができるため、小さな電圧の印加により、電極を自在に動かすことができる。

本発明３は、発明１において、前記ピボット突起は前記可動電極の底面に形成されることができる。
本発明４は、発明１において、前記固定電極及び前記復元電極の上面には絶縁層が更に含まれることが好ましい。
本発明５は、発明４において、前記絶縁層はシリコンナイトライド（ＳｉＮ）又はシリコンダイオキサイド（ＳｉＯ₂）を使うことができる。

本発明６は、発明１において、前記固定電極、復元電極及び/又は前記信号ラインはＡｕで形成することができる。
本発明７は、発明１において、前記接触部材は前記可動電極の底面又は前記可動フレームの底面に形成された接触絶縁層と、前記接触絶縁層の下部に形成された接触導電層と、を含むことが好ましい。

本発明８は、発明２において、前記ピボット突起は前記固定電極及び前記復元電極の間の前記可動電極の底面に形成され、前記信号ラインと並んで一対が形成されることが好ましい。
本発明９は、発明２において、前記接触部材は可動電極の端部に設けられ、前記信号ラインと直交する方向に回転軸が形成されたスプリングアームによって揺動できるように設置することが好ましい。

本発明１０は、発明７において、前記接触絶縁層はシリコンナイトライド（ＳｉＮ）又はシリコンダイオキサイド（ＳｉＯ₂）とする。
本発明１１は、発明７において、前記接触導電層はＡｕであることが好ましい。
本発明１２は、発明１において、前記弾性連結体はその内部に前記可動電極を介在させ、前記可動電極の一端を突出させるように四角の枠の形をする可動フレームと、前記可動フレームの一端を前記基板に連結する第１弾性部材と、前記可動フレームの内部に介在された前記可動電極の一端を前記可動フレームに連結する第２弾性部材とを含むことができる。

本発明１３は、発明１２において、前記接触部材が前記可動フレームの底面に設けられたことを特徴とする。
本発明１４は、発明１２において、前記接触部材は前記可動フレームの底面もしくは前記可動電極の一端に設けられることができる。
本発明１５の他の実施形態によると、その上面に底電極の溝が形成され、前記底電極の溝に少なくとも一つの固定電極、復元電極及び信号接触部を有する信号ラインが形成された下部基板と、前記底電極の溝の周囲に当該する前記下部基板の上面に接触され、前記固定電極及び前記復元電極を横切る可動フレーム、前記可動フレームの一端に一端が連結されその他端が前記上部基板の一側に連結された第１弾性部材、前記可動フレームの他端側に形成された第２弾性部材、及び前記第２弾性部材と連結され前記可動フレームの内部で相対回転する可動電極が一体に形成された上部基板と、前記可動フレームの底面に形成された接触部材と、前記可動電極の大体中央部に形成されたピボット突起と、を含むことを特徴とするＭＥＭＳスイッチが提供される。

本発明に係るＭＥＭＳスイッチによると、基本的にシーソー型スイッチの構造を有している。しかし、本発明によれば、上部基板と下部基板とが近づいて、それぞれの両基板上に設けられた接触部材と信号ラインとが接触する場合に、平板型スイッチの構造を有する。このため、両基板上の各電極間の間隔がほぼ一定となり、電極間に発生する電界が均一となり、静電力が均一となる。これにより、効率よく静電力を利用することができるようになり、両基板間を近づける力が大きくなる。つまり、両基板上の接触部材と信号ラインとの接触力を高めることができる。そのため、接触力を高めるための駆動電圧を低くすることができる。

また、本発明によれば、両基板上の接触部材と信号ラインとが接触する場合、ピボット突起を介して接触される。このピボット突起の高さは微小であるため、接触部材を信号ラインから離す場合、その離すのに必要な力が小さくてすむ。つまり、接触部材を信号ラインから離すための静電力が小さく、電極に小さな印加電圧を印加するだけで足りる。また、電圧を増加させると静電力が増加するため、機械的スプリングとは関係なく接触力と復元力とを増加させることができる利点がある。

また、可動電極は、第１弾性部材及び第２弾性部材からなる二重のヒンジ構造によって回動可能のように構成されているため、機械的スプリングの剛性を弱く設計することができる。そのため、バルク構造物としてスイッチを具現しながらも初期のプルイン電圧が減少できる。さらに、ピボット突起を利用したスイッチングの際、機械的スプリングによる影響を最小化できる利点がある。例えば、機械的スプリングを用いる場合、その剛性の強さゆえに、大きな電圧をかけて接触部材を信号ラインから離さなければならない場合がある。しかし、本発明の構成によれば、弾性を向上することができるため、小さな電圧の印加により、電極を自在に動かすことができる。

本発明１６は、発明１５において、前記下部基板の材質はグラスであることが好ましい。
本発明１７は、発明１５において、前記上部基板の材質はシリコンであることが好ましい。
本発明１８は、発明１５において、前記固定電極、復元電極及び/又は信号ラインの材質は金（Ａｕ）にすることができる。

本発明１９は、発明１５において、前記固定電極及び前記復元電極の上側には絶縁層が更に形成されることが好ましい。
本発明２０は、発明１９において、前記絶縁層はシリコンナイトライド層又はシリコンダイオキサイド層に形成することができる。
本発明２１は、発明１５において、前記接触部材は前記可動電極の底面に形成された接触絶縁層及び前記接触絶縁層の底面に形成された接触導電層を含むことができる。

本発明２２は、発明２１において、前記接触絶縁層はシリコンナイトライド層又はシリコンダイオキサイド層にすることができる。
本発明２３は、発明２１において、前記接触導電層は金（Ａｕ）に形成することができる。
本発明２４は、発明１５において、前記可動電極の端部には前記接触部材に対応するサイズで接触部が設けられ、前記接触部はスプリングアームによって前記可動電極の端部に回動可能のように連結されることができる。

本発明２５は、発明１５において、前記第１弾性部材及び第２弾性部材はサーペンティン（ＳＥＲＰＥＲＴＩＮＥ）型で形成されることができる。
本発明２６の他の実施形態によると、下部基板に所定のギャップを有する底電極の溝を形成する段階と、前記底電極の溝の上面に少なくとも一つの固定電極、少なくとも一つの復元電極及び信号接触部を有する少なくとも一つの信号ラインを形成する段階と、上部基板の下面に接触部材及びピボット突起を形成する段階と、前記接触部材及び前記ピボット突起が形成された前記上部基板を前記下部基板の上面に結合する段階と、前記下部基板の上面に結合された上部基板に第１弾性部材、可動フレーム、第２弾性部材及び可動電極を一体に形成する段階と、を含むことを特徴とするＭＥＭＳスイッチ製造方法が提供される。

また、構造物の形成を既存の積層構造ではなく、基板上で構造物をエッチングする形態で製造する。これにより、構造物の平坦度及び平板剛性を向上させることができる。よって、構造物の変形による電極間の微小ギャップの変化問題に起因した電圧損失問題及び接触挙動不安などを解決する利点がある。例えば、可動電極の平坦度が向上する。
本発明２７は、発明２６において、前記下部基板はグラスの基板を使うことが好ましい。

本発明２８は、発明２６において、前記固定電極、復元電極及び/又は信号ラインは金で形成される。
本発明２９は、発明２６において、前記上部基板はシリコン基板を使うことが好ましい。
本発明３０は、発明２６において、前記上部基板に第１弾性部材、可動フレーム、第２弾性部材及び可動電極を一体に形成する段階において、前記接触部材が形成された接触部を更に形成すると共に、前記接触部をヒンジ固定するスプリングアームを形成する段階が更に含まれることが好ましい。

本発明３１は、発明２６において、前記第１、２弾性部材はサーペンティン（ＳＥＲＰＥＮＴＩＮＥ）型で形成することが好ましい。

本発明によれば、効率よく静電力を利用することができ、復元電圧を低くできるＭＥＭＳスイッチを提供することができる。

以下、添付された図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。
(本発明の基本概念)
図２６は本発明によるＭＥＭＳスイッチの基本構造を示す側面図である。
同図を参照すれば、ＭＥＭＳスイッチ７００は基板７０１、固定電極７０３、復元電極７０５、信号ライン７０７、可動電極７０４、弾性連結体Ｅ１及びピボット突起７３１を含む。

より具体的な構成を説明すれば、基板７０１の上面に固定電極７０３及び復元電極７０５が所定の間隔を隔てて並んで形成されると共に信号ライン７０７が形成される。
可動電極７０４は弾性連結体Ｅ１であるスプリング部材７０９ａを媒介とし、基板７０１の上面から所定の間隔を隔てて設置される。可動電極７０４の底面の中央部、即ち、固定電極７０３及び復元電極７０５の間に当該する部分にピボット突起７３１が形成される。また、可動電極７０４の一端には、信号ライン７０７と接触される接触部材７１１が形成される。ここで、ピボット突起７３１は基板７０１の上面に形成させることもできる。

前述した構成において、接触部材７１１と可動電極７０４との間には絶縁層７０６を追加することが好ましい。また、可動電極７０４と、固定電極７０３及び復元電極７０５との間に別途の絶縁層（図示せず）を追加することが好ましい。
次は、図２７Ａ〜２７Ｃを参照して、本発明によるＭＥＭＳスイッチの動作原理について説明する。

図２７Ａ〜図２７Ｃは図２６の動作原理を説明する図面である。
図２７Ａを参照すれば、固定電極７０３に電圧が印加されると、固定電極７０３及び可動電極７０４の間に帯電が起こり、静電引力によって可動電極７０４が基板７０１側に引かれる。従って、弾性連結体Ｅ１であるスプリング部材７０９ａが収縮し、可動電極７０４の下面に設けられた接触部材７１１が信号ライン７０７と接触すると共に、ピボット突起７３１が基板７０１の上面に接触する。ここで、接触部材７１１は従来の平板タイプのスイッチのように接触され接触力が向上される。なお、ピボット突起７３１、接触部材７１１及び信号ライン７０７の高さは、ピポット突起７３１が基板７０１に接触した時の高さが、接触部材７１１が信号ライン７０７に接触した時の高さに概ね等しくなるようにする。これにより、可動電極７０４と固定電極７０３との距離を概ね一定に保つことができ、接触部材７１１と信号ライン７０７との接触力を高めることができ好ましい。

図２７Ｂを参照すれば、固定電極７０３の電圧を遮断し、復元電極７０５に復元電圧を印加すると、可動電極７０４はピボット突起７３１を中心に反時計方向に回転し、接触部材７１１が信号ライン７０７から離脱される。この時、ピボット突起７３１の高さは基板の上面から微小ギャップＧを有する。微少ギャップGとは、例えば約０．５〜２μｍである。このように微少ギャップＧの距離が短いため、従来に比べて大きな復元力が必要ではない。ここで、復元力とは、接触部材７１１が信号ライン７０７から離れようとする力を意味する。従って、可動電極７０４を復元、つまり可動電極７０４を水平位置に戻すための復元電圧が小さくてすみ、復元電圧の消費率が下がる。

図２７Ｃを参照すれば、また固定電極７０３に電圧が印加されると、可動電極７０４はピボット突起７３１を中心に時計方向に回転し、接触部材７１１が信号ライン７０７に接触される。このように本発明では、静電力でスイッチをオン/オフさせる時、機械的スプリングを用いて駆動する必要はない。また、ピボット突起７３１が軸としてすぐに反応するため、スイッチングの速度が速い。ここで、弾性連結体Ｅ１であるスプリング部材７０９ａの剛性を弱化させることで、初期のプルイン電圧を下げることができる。つまり、弾性連結体Ｅ１を収縮させるのに必要な力が小さくすることで、図２６の状態に示すようなピボット突起７３１が基板７０１に接触していない状態から、接触している状態とする力が小さくて良い。そのため、固定電極７０３に印加する電圧を下げることができる。

(実施形態１)
図３は、本発明の一実施形態によるＭＥＭＳスイッチの構造を示す平面図であり、図４は図３の矢印ＩＩＩから見た側面図である。ただし、図４において、アンカー１２５は省略している。
図３、４を参照すれば、ＭＥＭＳスイッチ１００は基板１０１、固定電極１０３、復元電極１０５、信号ライン１０７、可動電極１０４、接触部材１１１、弾性連結体Ｅ２及びピボット突起１３１、１３３を含む。

基板１０１の上面には固定電極１０３が形成され、固定電極１０３と並んで復元電極１０５が形成される。ここで、固定電極１０３及び復元電極１０５の位置は決まったものではなく、接触部材１１１の位置に応じてその用途は変わって使われることができる。
信号ライン１０７には、ライン上に所定間隔を隔てて形成された信号接触部１０７ａが設けられる。ここで、固定電極１０３、復元電極１０５、及び信号ライン１０７は導電材、例えば金（Ａｕ）で形成される。ここで、固定電極１０３及び復元電極１０５の上面には、絶縁層（図示せず）を更に構成することができる。

弾性連結体Ｅ２は、可動フレーム１０９と弾性支持ユニット１２０を含む。
可動フレーム１０９は一側が開放された長方形の枠の形で設けられ、図３に示す可動フレームの一辺の底面に接触部材１１１が設けられる。接触部材１１１は、可動電極１０４の端部に対向する一辺に設けられる。接触部材１１１は可動フレーム１０９の動作に応じて信号ライン１０７の接触部１０７ａと接触もしくは離脱される。

弾性支持ユニット１２０は、可動フレーム１０９を基板１０１上で回転可能のように支持する第１弾性部材１２１と、可動フレーム１０９に対して可動電極１０４を相対運動させる第２弾性部材１２３を含む。第１弾性部材１２１は、可動フレーム１０９の一端及び他端の両側に連結され、概ね固定電極１０３及び復元電極１０５の間に位置する。ここで、可動フレーム１０９を基板１０１の上面から所定間隔Ｈを隔てるために、基板１０１上にアンカー１２５が設けられ、アンカー１２５に第１弾性部材１２１が連結される。例えば、アンカー１２５は、所定間隔Ｈの高さで第１弾性部材１２１を支持可能なように形成されている。

第２弾性部材１２３は、第１弾性部材１２１が連結された部分から離れた、可動フレーム１０９の一端近傍の内部に連結され、可動電極１０４の一端と連結される。つまり、可動電極１０４は、第２弾性部材１２３を介して可動フレーム１０９と連結されており、可動フレーム１０９の移動に対応して移動するようになる。
また、可動電極１０４は、第２弾性部材１２３を通じて可動フレーム１０９の内部一端に対して回転運動が可能であり、可動フレーム１０９の開放部１０９ａを通じて突出された長さを有する。つまり、図３において、可動電極１０４は、第１弾性部材１２１より左側部分と、可動フレーム１０９内に収まる右側部分とを含む。そして、右側部分の端部が、第２弾性部材１２３を介して可動フレーム１０９に対して回転可能なように連結されている。可動電極１０４の底面には少なくとも一つのピボット突起１３１、１３３が設けられる。接触部材１１１が信号ライン１０７に接触する時、ピボット突起１３１，１３３は、第２弾性部材１２３と共に平板タイプで接触されることを誘導する。つまり、ピボット突起１３１，１３３及び第２弾性部材１２３は、可動電極１０４と固定電極１０３とが平行になるように誘導する。

そして、ピボット突起１３１，１３３は、可動電極１０４が復元する時にピボットポイントを成し、可動電極１０４はピボット突起１３１，１３３を中心として回転する。図面において、ピボット突起１３１、１３３は、可動電極１０４の底面に形成されているが、基板１０１上に設けてもいい。
図５Ａ〜図５Ｄは前述したＭＥＭＳスイッチの動作状態を示す図面である。

図５Ａは、接触部材１１１を信号ライン１０７に接触させるために、固定電極１０３に電圧を印加した直後の状態を示す説明図である。
次に、図５Ｂのように固定電極１０３に電圧が印加されると、固定電極１０３と可動電極１０４との間に帯電が起こり、静電引力によって可動電極１０４が基板１０１側に引かれる。従って、可動フレーム１０９は、第１弾性部材１２１を中心とした時計方向に回転し、接触部材１１１が信号ライン１０７に接触される。この時、可動電極１０４は、第２弾性部材１２３を通じ、可動フレーム１０９に対して追加回転の動作が実施され、ピボット突起１３１、１３３が基板１０１上に接触される。図面においては、ピボット突起１３１、１３３が、固定電極１０３及び復元電極１０５の上面に接触された状態を示している。このように、可動フレーム１０９が、第１弾性部材１２１を中心とした時計方向に回転するとともに、可動電極１０４が第２弾性部材１２３を中心に回転することによって、接触部材１１１を既存の平板タイプと同様の形で接触させ、接触部材１１１の接触力を向上させることができる。つまり、平板タイプであるため、両基板上の各電極間の間隔がほぼ一定となり、電極間に発生する電界が均一となり、静電力が均一となる。これにより、効率よく静電力を利用することができるようになり、両電極間を近づける力が大きくなる。つまり、両基板上の接触部材と信号ラインとの接触力を高めることができる。そのため、接触力を高めるための駆動電圧を低くすることができる。

図５Ｃは可動電極１０４の復元状態を示す図面で、固定電極１０３の電圧を遮断し、復元電極１０５に復元電圧を印加する。可動電極１０４は、ピボット突起１３１を中心に反時計方向に回転し、可動フレーム１０９が信号ライン１０７から離れる。従って、接触部材１１１が信号ライン１０７から離脱される。この時、ピボット突起１３１の高さが基板１０１の上面から微小のギャップＧを有することによって、それによる復元力も従来に比べ格段に高めることができる。従って、可動電極１０４を復元させるための復元電圧の消費率が下げられる利点がある。なお、復元力とは、接触部材１１１が信号ライン１０７から離れようとする力を意味する。

その後、図５Ｄに示すように復元電圧を解除すると、スイッチの初期の状態に復帰する。ここで、スイッチの作動時、初期のプルイン電圧によってピボット突起部１３１、１３３が基板に支持された後、スイッチングの速度を向上させるために、図５Ｂのようなスイッチの接触状態と図５Ｃのようなスイッチの非接触される復元状態とが繰り返されながら作動することがある。

これは、静電力でスイッチをオン/オフさせる時、機械的スプリングによる挙動反応が必要なく、すぐピボット突起を軸として即時反応するためである。従って、復元電圧が解除され初期状態に復帰する場合には、スイッチが作動していない状態である時が好ましい。つまり、ピポット突起１３１、１３３を全て基板から離した初期状態にする時間を省略する。そして、ピポット突起１３１又はピポット突起１３３のいずれかを基板に接触させた状態で、スイッチのオン、オフを繰り返す。

なお、前述では可動フレーム１０９は、第１弾性部材１２１を中心とした時計方向に回転し、接触部材１１１が信号ライン１０７に接触される。その後、可動電極１０４は、第２弾性部材１２３を通じ、可動フレーム１０９に対して追加回転され、ピボット突起１３１、１３３が基板１０１上に接触される。しかし、まず、可動電極１０４が第２弾性部材１２３を中心として回転され、ピボット突起１３１、１３３が基板１０１上に接触される。その後、可動フレーム１０９が、第１弾性部材１２１を中心とした時計方向に回転し、接触部材１１１が信号ライン１０７に接触されても良い。

前述した説明において、接触部材１１１が可動フレーム１０９の底面に形成されたことを例として説明したが、接触部材１１１を可動電極１０４の底面に形成させることもできる。
図６及び図７は、可動電極１０４の底面に接触部材１１１'が形成された例を示す図面で、図３及び図４とは異なり、信号ライン１０７'が、第２弾性部材１２３の設置された可動電極１０４の他端部に形成される。この時、固定電極１０３'及び復元電極１０５'の位置は図３、４と反対になる。なお、図７において、アンカー１２５は省略している。

図８Ａ〜図８Ｄは図６及び図７に示されたスイッチの動作原理を示す図面で、その基本的な原理は図５Ａ〜図５Ｄと同一である。差異点は、図８Ａに示されたように接触部材１１１'の初期のプルイン電圧を減少させるために、動作初期に固定電極１０３'だけでなく、復元電極１０５'側にも同時に電圧を印加することである。復元電極１０５'及び固定電極１０３'に同時に印加することで、可動電極１０４は基板１０１側に引かれる力を更に受けるからである。

図６〜図８Ｄにおいて、図３〜図５Ｄと同様の部分については同一符号を明記し、それについての詳説は簡単に説明する。
図８Ａに示すように、動作初期に固定電極１０３'だけでなく、復元電極１０５'側にも同時に電圧を印加することにより、可動電極１０４は、固定電極１０３'に近い位置にひきつけられるようになる。

その後、図８Ｂに示すように復元電極１０５'の電圧を解除すると、接触部材１１１'は信号ライン１０７'の接触部１０７ａ'と強く接触される。このとき、固定電極１０３’に電圧が印加されているため、静電引力によって可動電極１０４が基板１０１側に引かれる。そして、可動フレーム１０９が、第１弾性部材１２１を中心とした時計方向に回転するとともに、可動電極１０４が第２弾性部材１２３を中心とした時計方向に回転することにより、ピボット突起１３３が固定電極１０５’上に接触される。図８Ｂに示すように、可動電極１０４と基板１０１とを、平板タイプと同様の形で接触させることで、接触部材１１１’と信号ライン１０７’との接触力を向上させることができる。これにより、可動電極１０４と固定電極１０３’との間の距離が一定となり、電極間に発生する電界に偏りが発生せず、効率よく静電力を利用することができる。図８Ｃは可動電極１０４の復元状態を示す図面で、固定電極１０３’の電圧を遮断し、復元電極１０５’に復元電圧を印加する。可動電極１０４は、ピボット突起１３３を中心に時計方向に回転し、接触部材１１１’が信号ライン１０７’から離脱される。この時、ピボット突起１３３の高さが十分に小さいため、消費電力を小さくすることができる。

その後、図８Ｄに示すように復元電圧を解除すると、スイッチの初期の状態に復帰する。ここで、スイッチの作動時、初期のプルイン電圧によってピボット突起部１３１、１３３が基板に支持された後、スイッチングの速度を向上させるために、図８Ｂのようなスイッチの接触状態と図８Ｃのようなスイッチの非接触される復元状態とが繰り返されながら作動することがある。

次は、前述したスイッチの構造が複数採用された場合、例えばＳＰ３Ｔ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ ３ Ｔｈｒｏｕｇｈ）型スイッチ構造について説明する。
図９は図７の構成が適用されたＳＰ３Ｔ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ ３ Ｔｈｒｏｕｇｈ）型のスイッチ構造を示す図面であり、図１０は図９の矢印Ｖから見た側面図である。ただし、図１０において、アンカー２２５は省略している。

図９を参照すれば、図７の構成と同一形態の可動電極２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃが基板１０１上に所定の間隔を隔てて並べられ、それに対応して可動フレーム２０９が配置される。この時、可動フレーム２０９は図７に示すような可動フレーム１０９の３つが一体に形成された形態と同一である。
信号ライン２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃは、一つの入力ラインＩと、３つの出力ラインＯ₁、Ｏ₂、Ｏ₃それぞれとを接続する。よって、一つの入力ラインＩを通じて入力された信号が、３つの出力ラインＯ₁、Ｏ₂、Ｏ₃に分けられるように形成される。

各可動電極２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃの底面の一端には、接触部材２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃがそれぞれ配置され、可動電極２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃの底面の中央部にはピボット突起２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃがそれぞれ形成される。
図９において、弾性支持ユニット２２０は、可動フレーム２０９の一端の両側に、突出するように形成された第１弾性部材２２１と、可動フレーム２０９の内部に設けられた第２弾性部材２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃとで構成される。第１弾性部材２２１はアンカー２２５によって支持される。

図１１はＳＰ３Ｔ型スイッチの固定電極の構造を示す平面図である。
同図を参照すれば、可動フレーム２０９の駆動のための共通固定電極２０２ａ、２０２ｂと、実際に接触力を発生させるための多数の可動電極２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃに対応する固定電極２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃと、可動電極２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃの復元のための共通の共通復元電極２０５ａ、２０５ｂで構成される。共通固定電極２０２ａ及び共通復元電極２０５ａは、可動電極２０２ａと、可動電極２０２ｂの一部とに共通に用いられる。共通固定電極２０２ｂ及び共通復元電極２０５ｂは、可動電極２０２ｂの一部と、可動電極２０２ｃとに共通に用いられる。なお、共通固定電極２０２ａ、２０２ｂ及び共通復元電極２０５ａ、２０５ｂは、共通に設けられなくてもよく、可動電極２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃのそれぞれに設けられても良い。

次は、前述したＳＰ３Ｔ型スイッチの動作原理について簡単に説明する。
図１２Ａ〜図１２Ｄは、本発明によるＳＰ３Ｔ型スイッチが動作する過程を示す動作状態図であり、特に可動電極２０４ｂに着目している。図１３Ａ〜図１３Ｄは、図１２Ａ〜図１２Ｄの状態でスイッチを駆動させるための固定電極の駆動状態を示す駆動電圧の印加状態を示す図面である。図１３Ａ〜図１３Ｄにおいて、色が濃く示された領域は駆動電圧が印加された領域である。

図１２Ａ、１３Ａを参照すれば、共通固定電極２０２ａ、２０２ｂ及び共通復元電極２０５ａ、２０５ｂに電圧が印加される。このように共通固定電極２０２ａ、２０２ｂ及び共通復元電極２０５ａ、２０５ｂに電圧を同時に印加する理由は、前述した図８Ａの説明のように初期のプルイン電圧を減少させ、スイッチングの速度を向上させるための一環である。つまり、共通固定電極２０２ａ、２０２ｂ及び共通復元電極２０５ａ、２０５ｂのいずれかに電圧を印加するのではなく、共通固定電極２０２ａ、２０２ｂ及び共通復元電極２０５ａ、２０５ｂ全てに電圧を印加する。これにより、可動電極２０４ａ、２０４ｂ及び２０４ｃを基板２０１に引き付けるために必要な初期のプルイン電圧を、各共通固定電極または各共通復元電極それぞれに印加する場合よりも小さくすることができる。

以上より、可動電極２０４ａ、２０４ｂ及び２０４ｃが、第１弾性部材２２１を中心とした時計方向に回転し、可動電極２０４ａ、２０４ｂ及び２０４ｃが基板２０１に近づけられる。このとき、可動フレーム２０９もまた，第１弾性部材２２１を中心とした時計方向に回転する。
次に、図１２Ｂ、１３Ｂを参照すれば、共通復元電極２０５ａ、２０５ｂの電圧が解除され、中央部に位置した固定電極２０３ｂに所定の電圧が印加されると、固定電極２０３ｂと対応する可動電極２０４ｂとの間に帯電が起こり、可動電極２０４ｂが更に下に向き、つまり基板２０１側に引き付けられる。具体的には、共通固定電極２０２ａ、２０２ｂ及び固定電極２０３ｂへの電圧の印加により、可動電極２０４ｂは共通固定電極２０２ａ、２０２ｂ及び固定電極２０３ｂに近づくように移動する。このとき、可動フレーム２０９は、第１弾性部材２２１を中心とした時計方向に回転している。

その結果、接触部材２１１ｂが信号ライン２０７ｂに接続され、入力ラインＩ及び出力ラインＯ₂に連結される。また、ピボット突起２３１ｂが、共通固定電極２０２ａ、２０２ｂに接触されるか、あるいは接触される程度に近づく。このとき、接触部材２１１ｂ及びピボット突起２３１ｂによって、可動電極２０４ｂが、共通固定電極２０２ａ、２０２ｂ及び固定電極２０３ｂに平行となるように維持されている。このように、平板状に各電極が離隔されて維持されることで、電極間に均等に静電力が働き、接触部材２１１ｂと信号ライン２０７ｂとの接触力を向上させることができる。

以後、図１２Ｃ、１３Ｃを参照すれば、可動電極２０４ａを復元させるために共通固定電極２０２ａ、２０２ｂ及び共通復元電極２０５ａ、２０５ｂに電圧を同時に印加すると、可動電極２０４ｂは、ピボット突起２２１を中心に時計方向に回転する。そして、接触部材２１１ｂは、信号ライン２０７ｂから離隔され、入力ラインＩ及び出力ラインＯ₂から離れる。この時、ピボット突起２３１ｂの高さは微小であるため、接触部材２１１ｂを信号ライン２０７ｂから離隔させる復元力は小さくて良い。従って、可動電極２０４ｂを復元させるための復元電圧の消費率が下げられる利点がある。

次に、図１２Ｄ、１３Ｄを参照すれば、全ての固定電極が電圧を完全に解除した状態になると、スイッチ初期状態に復帰する。
なお、スイッチングの速度を向上させるために、図１２Ｂのようなスイッチの接触状態と図１２Ｃのようなスイッチの非接触される復元状態とが繰り返されながら作動することがある。

(実施形態２)
次は、バルク構造物に具現できるように第１、２弾性部材の剛性を更に弱く設計して初期のプルイン電圧を減少させる。これにより、ピボット突起によるスイッチオン/オフの駆動に起因したスイッチング速度を向上させることができる他の実施形態について説明する。

図１４は本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳスイッチの構成を示す斜視図であり、図１５は図１４の構成を分離図示した分離斜視図である。
図１４及び図１５を参照すれば、絶縁性材質、例えばグラス（ｇｌａｓｓ）で形成され、所定の深さＴを置いて底電極の溝４０１ａが形成された下部基板４０１が設けられる。底電極の溝４０１ａの上面には固定電極４０３、復元電極４０５、信号ライン４０７及びグラウンド４０８が蒸着される。前述した電極は導電性の材質、例えばＡｕで形成される。ここで、底電極の溝４０１ａを形成する理由は、後述する可動フレーム４３１及び可動電極４３３が上下遊動できる空間を提供するためである。

固定電極４０３及び復元電極４０５の上面には、絶縁層、例えばシリコンナイトライド（ＳｉＮ）膜もしくはシリコンダイオキサイド（ＳｉＯ₂）膜が更に形成されることが好ましい。
次に、上部基板４３０には、弾性連結体Ｅ３を成す可動フレーム４３１と、弾性支持ユニット４３５（４３５ａ、４３５ｂ）と、可動電極４３３とが形成されている。この上部基板４３０と下部基板４０１とが一体に結合される。上部基板４３０は導電性の材質、例えばシリコン（Ｓｉ）であることが好ましい。

上部基板４３０のより具体的な構造を説明すれば、弾性支持ユニット４３５を成す第１弾性部材４３５ａが上部基板４３０の内部の一側に一体に形成される。前記第１弾性部材４３５ａの他端に可動フレーム４３１を成す一対の可動ビーム４３１ａ、４３１ｂが所定の間隔を維持して連結される。前記可動ビーム４３１ａ、４３１ｂの端部には、第２弾性部材４３５ｂが延長して形成される。第２弾性部材４３５ｂの端部に可動電極４３３の一端が連結される。可動電極４３３は可動ビーム４３１ａ、４３１ｂの間に配置される。つまり、可動フレーム４３１の一端は上部基板４３０に接続され、他端は可動電極４３３に接続される。ここで、可動ビーム４３１ａ、４３１ｂが第１弾性部材４３５ａを通じて回転する間に、第２弾性部材４３５ｂを中心に可動ビーム４３１ａ、４３１ｂに対して相対的に回転する。つまり、可動ビーム４３１ａ、４３１ｂが第１弾性部材４３５ａを中心に半時計方向に回転すると、可動フレーム４３１ｂは第２弾性部材４３５ｂを中心に時計方向に回転する。

ここで、第１、２弾性部材４３５ａ、４３５ｂは、可動電極４３３を固定電極４０３及び復元電極４０５に近づける力を弱くするために、スプリングの剛性を弱く設計し、初期に要求されるプルイン電圧を減少させる。ピボット突起部が基板に当たる状態でスイッチが作動する時、機械的スプリングによる影響が最小となるようにするのが好ましく、例えば、第１、２弾性部材４３５ａ、４３５ｂは、蛇状の曲がりくねった形状、つまりサーペンティン（ＳＥＲＰＥＮＴＩＮＥ）型で形成することができる。

図１６は本発明の他の実施形態に適用される可動電極部の背面を示す斜視図であり、図１７は図１６のＶIIの部分を拡大した拡大図であり、図１８は図１６のＶIIIの部分を拡大した拡大図である。
図１６、１７を参照すれば、可動電極４３３の少なくとも一端部の底面には接触部材４５０が形成される。接触部材４５０は、信号ライン４０７の接触部４０７ａと接触されるもの（図１５参照）で、可動電極４３３との絶縁のための接触絶縁層４５１と、信号ライン４０７と接触される接触導電層４５３及び接触突起４５５と、で構成される。ここで、接触絶縁層４５１は、例えばシリコンナイトライド（ＳｉＮ）又はシリコンダイオキサイド（ＳｉＯ₂）層で形成し、接触導電層４５３及び接触突起４５５は、例えば金（Ａｕ）で形成することが好ましい。

可動電極４３３の端部には、接触部４３３ａが形成されており、接触部４３３ａはスプリングアーム４３３ｂを通じて可動電極４３３の端部から揺動可能のように連結される。ここで、接触部４３３ａには、前記接触部材４５０が形成されている。スプリングアーム４３３ｂは、信号ライン４０７と直交する方向に設けられる。ここで、接触部４３３ａが揺動するように構成する理由は、可動電極４３３が水平状態を正確に維持できず、接触部材４５０が信号ライン４０７に正確に接触できない問題点を解消するためである。つまり、接触部材４５０が上方に傾いたとしても、スプリングアーム４３３ｂを中心に下方に回転されることで、信号ライン４０７の上面に接触部材４５０が安定的に接触するよう誘導するためである。

図１６、１８を参照すれば、可動電極４３３の概ね中央部にはピボット突起４７０が形成される。ピボット突起４７０は前述した接触部材４５０の形成と同一の層でパターニングされることができる。その場合、前述した接触部材４５０と同様に絶縁層４７１と導電層４７３、４７５と同様の構造を取る。ピボット突起４７０は、少なくとも一つを形成することが好ましく、図面には可動電極４３３の概ね中央部に一対で配置されている一例が示されている。

このとき、接触部材４５０及びピボット突起４７０によって、可動電極４３３と、固定電極４０３及び復元電極４０５とが平行に維持されるような高さに設計する。また、接触部材４５０の高さは、接触部材４５０を信号ライン４０７から離隔させるために必要な力が小さくなるように、微小に形成する。
図１９は本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳスイッチの電気的な連結関係を示す図面である。

図１９を参照すれば、信号ライン４０７は信号が入力される入力ライン４０７ｂ及び信号が出力される出力ライン４０７ｃで構成される。入力ライン４０７ｂ及び出力ライン４０７ｃの両側にはグラウンド４０８が設けられる。符号４４１は固定電極４０３に電圧を印加するための駆動電圧印加部を示し、符号４４３は復元電極４０５に復元電圧を印加するための復元電圧印加部を示す。上部基板４３０は可動電極４３３を可動させるために接地される。

次は前述したように構成された本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳスイッチの動作過程について概略的に説明する。
図２０Ａは図１４の線ＶI−ＶI'に沿って切断した断面図であり、図２０Ｂは接触部材が接触される状態を示す断面図であり、図２０Ｃは可動電極が復元される状態である。
その基本的な動作原理は図５Ａ〜５Ｃ及び図８Ａ〜８Ｃの過程と同様である。差異点は、第１、２弾性部材４３５ａ、４３５ｂの剛性が図５Ａ〜５Ｃ及び８Ａ〜８Ｃの第１、２弾性部材１２１、１２３より更に弱く設計されている点である。これにより、ピボット突起部を利用したスイッチの作動が円滑になると共に初期に要求されるプルイン電圧（Ｐｕｌｌ ｉｎ Ｖｏｌｔａｇｅ）が減少する効果がある。

図２０Ａは、接触部材４５０を信号ライン４０７に接触させるために、固定電極４０３に電圧を印加した直後の状態を示す説明図である。
次に、図２０Ｂのように固定電極４０３に電圧が印加されると、固定電極４０３と可動電極４３３との間に帯電が起こり、静電引力によって可動電極４３３が下方に引かれる。このとき、可動電極４３３は、第２弾性部材４３５ｂを中心とした時計方向に回転し、接触部材４５０が信号ライン４０７に接触される。また、ピボット突起４７０もまたグラウンド４０８に接触されるようになる。これにより、可動電極４３３は、固定電極４０３と平行になるように引き付けられる。よって、可動電極４３３と固定電極４０３との間の距離が一定となり、電極間に発生する電界が均一となり、静電力が均一となる。これにより、効率よく静電力を利用することができるようになり、両基板間を近づける力が大きくなる。つまり、両基板上の接触部材と信号ラインとの接触力を高めることができる。そのため、接触力を高めるための駆動電圧を低くすることができる。

次に、図２０Ｃは可動電極４３３の復元状態を示す図面で、固定電極４０３の電圧を遮断し、復元電極４０５に復元電圧を印加する。可動電極４３３は、ピボット突起４７０を中心に時計方向にさらに回転し、接触部材４５０が信号ライン４０７から離れる。ここで、接触部材４５０の高さは微小に形成されているため、接触部材４５０を信号ライン４０７から離隔させるために必要な力が小さくなる。従って、可動電極４３３を復元させるための復元電圧の消費率が下げられる利点がある。

次は、前述したＭＥＭＳスイッチの製造方法について説明する。
図２１Ａ〜２１Ｄは本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳスイッチに適用される下部基板の製造過程を示す図面であり、図２２Ａ〜図２２Ｄは本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳスイッチに適用される上部基板の製造過程を示す図面であり、図２３Ａ〜２３Ｃは上部基板及び下部基板を結合しＭＥＭＳスイッチを完成させるまでの過程を示す図面である。

図２１Ａを参照すれば、絶縁性材質、例えばグラスで形成された下部基板４０１が提供される。
図２１Ｂを参照すれば、底電極が形成される底電極の溝４０１ａが下部基板４０１の上面に所定深さＴで形成される。
図２１Ｃを参照すれば、底電極の溝４０１ａの上面に固定電極４０３、復元電極４０５、信号ライン４０７及びグラウンド４０８が形成される。各電極は導電性材質で、例えば金（Ａｕ）で形成される。

図２１Ｄを参照すれば、固定電極４０３及び復元電極４０５の上面に絶縁層４１１、例えばシリコンナイトライド（ＳｉＮ）膜又はシリコンダイオキサイド（ＳｉＯ₂）膜を更に形成する。このように絶縁層４１１を形成する理由は可動電極４３３との絶縁のためである。
次は上部基板４３０の底面に接触部材５４０及びピボット突起４７０を形成する作業が行われる。

図２２Ａを参照すれば、導電性材質、例えばシリコン材質で形成された上部基板４３０が提供される。
図２２Ｂを参照すれば、絶縁性材質、例えばシリコンナイドライド膜またはシリコンダイオキサイド（ＳｉＯ₂）膜が蒸着された後、接触部材の絶縁層４５１及びピボット絶縁層４７１がパターニングされる。ここで、絶縁層４５１を形成する理由は、次の段階で形成される接触導電層４５３と可動電極４３３との絶縁のためである。

図２２Ｃを参照すれば、導電性材質、例えば金（Ａｕ）の層が蒸着された後、接触導電層４５３及びピボット導電層４７３が形成される。
図２２Ｄを参照すれば、接触導電層４５３及びピボット導電層４７３の上面に、もう一回導電層が蒸着された後に接触突起４５５及びピボット突起４７５が形成される。
前述した過程において、ピボット突起４７０が接触部材４５０と同一層に形成されることを説明したが、それは製造工程を単純化させるためのもので、接触部材４５０及びピボット突起４７０が必ずしも同一層に形成される必要はない。

また、接触突起４５５が２つで形成されたことを説明したが、その接触突起４５５も必ずしも２つである必要はない。また、導電層を一層にして接触部材４５０の接触部を形成することもできる。
前述した過程を通じて提供された下部基板４０１及び上部基板４３０を結合して可動部を構成する製造過程について説明する。

図２３Ａを参照すれば、図２１Ａ〜２２Ｄの過程を通じて提供された下部基板４０１の上面に、図２２Ａ〜２２Ｄの過程を通じてその底面に接触部材４５０及びピボット突起４７０が形成された上部基板４３０を結合する。この時、接触部材４５０及びピボット突起４７０が形成された面と、上面基板４３０の上面とが結合される。ここで、その結合は、例えばボンディング作業を通じて達成することができる。

図２３Ｂを参照すれば、上部基板４３０を所定の厚みで薄く削る。
図２３Ｃを参照すれば、厚みが削られた上部基板４３０上に第１、２弾性部材４３５ａ、４３５ｂ、可動フレーム４３１、可動電極４３３をパターニングする。ここで、接触部材４５０が形成された周囲を同時にパターニングして接触部４３３ａを形成し、スプリングアーム４３３ｂを形成する作業が同時に行われる。

前述した工法を通じて製造されたスイッチは、バルクタイプに再現されるため、構造物の平坦度を向上させ、構造物の変形による電圧損失の問題を解決する。ここで、本願のような静電方式では、スイッチングのために可変構造物と一定間隔のギャップを有する。そして、基板上の対向する電極間の電圧差によって発生する静電気力を用いてスイッチングを行う。そのため、ギャップが小さいほど駆動電圧は低くなる。しかし、従来のタイプでは、可変構造物は積層方式で形成され、数μｍ程度の厚さしか有しません。そうすると、可変構造物は、スイッチングのためのギャップが形成されることにより歪曲されてしまう恐れがある。よって、可変構造物の平坦度が低くなり駆動で夏が増加してしまう。しかし、本願ではバルクタイプで形成するために、構造物の厚さが厚くなり、またギャップも微少であるため、平坦度や強度が大きくなる。よって、構造物の変形による電極間の微少ギャップの変化を無くし、電圧損失の問題を解決できる。

図２４は前述したＭＥＭＳスイッチ４００を複数形成したＳＰ４Ｔ型スイッチの構成例を示す図面であり、図２５はＳＰ４Ｔ型スイッチの電気的な連結を示す平面図である。
図２４、２５を参照すれば、前述したバルク型ＭＥＭＳスイッチが２行２列で配列される。この時、信号ライン５０７を成す信号入力ラインＩは中央部に十字形で配列される。また、信号入力ラインＩの各端部に対向して、所定の間隔を隔てて４つの信号出力ラインＯ₁、Ｏ₂、Ｏ₃、Ｏ₄が設けられる。図２５において、Ｇｔは信号伝達のためのグラウンドを示し、Ｃはスイッチをオンの状態で作動させるために駆動電圧が印加される部分を示し、Ｒはスイッチをオフの状態で作動させるために復元電圧が印加される部分を示し、Ｇｓはスイッチ動作のためのグラウンドを示す。

ここで、ＳＰ４Ｔスイッチの基本構造は図１４のスイッチの構造と同様であるため、その製造工程も図１４のスイッチ製造過程と類似に行われる。従って、それに対する詳説は省略する。
以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示及び説明してきたが、本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

本発明は、各種スイッチング素子を含むデバイス等に利用することができる。

従来のＭＥＭＳスイッチの構成を示す側面図である。 図１のスイッチが動作する状態を示す動作状態図である。 図１のスイッチが動作する状態を示す動作状態図である。 本発明の一実施形態によるＭＥＭＳスイッチの構造を示す平面図である。 図３の矢印ＩＩＩから見た側面図である。 図３、４のＭＥＭＳスイッチの動作状態を示す図面である。 図３、４のＭＥＭＳスイッチの動作状態を示す図面である。 図３、４のＭＥＭＳスイッチの動作状態を示す図面である。 図３、４のＭＥＭＳスイッチの動作状態を示す図面である。 接触部材の形成位置が変更されたＭＥＭＳスイッチの他の実施形態を示す図面である。 接触部材の形成位置が変更されたＭＥＭＳスイッチの他の実施形態を示す図面である。 図６及び図７に示されたスイッチの動作原理を示す図面である。 図６及び図７に示されたスイッチの動作原理を示す図面である。 図６及び図７に示されたスイッチの動作原理を示す図面である。 図６及び図７に示されたスイッチの動作原理を示す図面である。 図７の構成が適用されたＳＰ３Ｔ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ ３ Ｔｈｒｏｕｇｈ）型スイッチの構造を示す図面である。 図９の矢印Ｖから見た側面図である。 図９の基板上に構成された固定電極の構成を示す平面図である。 本発明によるＳＰ３Ｔ型スイッチが動作される過程を示す動作状態図である。 本発明によるＳＰ３Ｔ型スイッチが動作される過程を示す動作状態図である。 本発明によるＳＰ３Ｔ型スイッチが動作される過程を示す動作状態図である。 本発明によるＳＰ３Ｔ型スイッチが動作される過程を示す動作状態図である。 図１２Ａの状態でスイッチを駆動させるための固定電極の駆動電圧の印加状態を示す図面である。 図１２Ｂの状態でスイッチを駆動させるための固定電極の駆動電圧の印加状態を示す図面である。 図１２Ｃの状態でスイッチを駆動させるための固定電極の駆動電圧の印加状態を示す図面である。 図１２Ｄの状態でスイッチを駆動させるための固定電極の駆動電圧の印加状態を示す図面である。 本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳスイッチの構成を示す斜視図である。 図１４の構成を分離図示した分離斜視図である。 図１４の可動電極部の背面を示す斜視図である。 図１６のＶIIの表示部を拡大した拡大図である。 図１６のＶIIIの表示部を拡大した拡大図である。 図１６に示されたＭＥＭＳスイッチの電気的な連結関係を示す図面である。 図１４の線ＶI−ＶI'に沿って切断した断面図である。 図２０Ａの接触部材が接触される状態を示す断面図である。 図２０Ａの可動電極が復元される状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳスイッチに適用される下部基板の製造過程を示す図面である。 本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳスイッチに適用される下部基板の製造過程を示す図面である。 本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳスイッチに適用される下部基板の製造過程を示す図面である。 本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳスイッチに適用される下部基板の製造過程を示す図面である。 本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳスイッチに適用される上部基板の製造過程を示す図面である。 本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳスイッチに適用される上部基板の製造過程を示す図面である。 本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳスイッチに適用される上部基板の製造過程を示す図面である。 本発明の他の実施形態によるＭＥＭＳスイッチに適用される上部基板の製造過程を示す図面である。 上部基板及び下部基板を結合しＭＥＭＳスイッチを完成するまでの過程を示す図面である。 上部基板及び下部基板を結合しＭＥＭＳスイッチを完成するまでの過程を示す図面である。 上部基板及び下部基板を結合しＭＥＭＳスイッチを完成するまでの過程を示す図面である。 図１４のＭＥＭＳスイッチが複数形成され、例えばＳＰ４Ｔ型スイッチが構成された例を示す図面である。 図２４のＳＰ４Ｔ型スイッチの電気的な連結関係を示す平面図である。 本発明によるＭＥＭＳスイッチの構造を示す側面図である。 図２６の動作原理を説明する図面である。 図２６の動作原理を説明する図面である。 図２６の動作原理を説明する図面である。

符号の説明

１０１、２０１ 基板
４０１ 下部基板
４３０ 上部基板
１０３、１０３'、２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、４０３、７０３ 固定電極
１０５、１０５'、４０５、７０５ 復元電極
２０２ａ、２０２ｂ 共通固定電極
２０５ａ、２０５ｂ 共通復元電極
１０４、２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、４３３ 可動電極
１０９、２０９、４３１ 可動フレーム
１２１、２２１、４３５ａ 第１弾性部材
１２３、２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、４３５ｂ 第２弾性部材
１０７、２０７、４０７、５０７、７０７ 信号ライン
１１１、２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、４５０ 接触部材
１３１、１３３、２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ、４７０、７３１ ピボット突起
４１１ 絶縁層
４３３ａ 接触部
４３３ｂ スプリングアーム
Ｅ１、Ｅ２ 弾性連結体

Claims (31)

1. 基板と、
   前記基板の上面に形成された少なくとも一つの固定電極と、
   前記基板の上面に形成され、前記固定電極の一側に形成された少なくとも一つの復元電極と、
   前記基板の上面に形成され、スイッチング接触部を有する少なくとも一つの信号ラインと、
   前記基板上に弾性連結体を媒介とし、前記基板の上面から所定間隔を隔てて連結された可動電極と、
   前記可動電極の底面もしくは前記弾性連結体の底面に形成され、前記スイッチング接触部と接触もしくは離脱される少なくとも一つの接触部材と、
   前記可動電極の底面もしくは前記基板の上面のうちいずれか一側に形成された少なくとも一つのピボット突起と、
   を含むことを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
2. 前記弾性連結体が所定の間隔を隔てて配置された一対のビームで構成されその間に前記可動電極を介在する可動フレームと、前記ビームの一端を前記基板に連結する第１弾性部材と、前記ビームに介在される前記可動電極の端部を前記ビームの他端側に連結する第２弾性部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
3. 前記ピボット突起が前記可動電極の底面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
4. 前記固定電極及び前記復元電極の上面には絶縁層が更に含まれたことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
5. 前記絶縁層がシリコンナイトライド（ＳｉＮ）又はシリコンダイオキサイド（ＳｉＯ₂）であることを特徴とする請求項４に記載のＭＥＭＳスイッチ。
6. 前記固定電極、復元電極及び/又は前記信号ラインがＡｕで形成されたことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
7. 前記接触部材が前記可動電極の底面又は前記可動フレームの底面に形成された接触絶縁層と、
   前記接触絶縁層の下部に形成された絶縁導電層と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
8. 前記ピボット突起が前記固定電極及び前記復元電極の間の前記可動電極の底面に形成され、前記信号ラインと並んで一対が形成されたことを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳスイッチ。
9. 前記接触部材が可動電極の端部に前記信号ラインと直交する方向に形成されたスプリングアームによって揺動できるようになったことを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳスイッチ。
10. 前記接触絶縁層がシリコンナイトライド（ＳｉＮ）又はシリコンダイオキサイド（ＳｉＯ₂）であることを特徴とする請求項７に記載のＭＥＭＳスイッチ。
11. 前記接触導電層がＡｕであることを特徴とする請求項７に記載のＭＥＭＳスイッチ。
12. 前記弾性連結体がその内部に前記可動電極を介在させ、前記可動電極の一端を突出させるように四角の枠の形をする可動フレームと、前記可動フレームの一端を前記基板に連結する第１弾性部材と、前記可動フレームの内部に介在された前記可動電極の一端を前記可動フレームに連結する第２弾性部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
13. 前記接触部材が前記可動フレームの底面に設けられたことを特徴とする請求項１２に記載のＭＥＭＳスイッチ。
14. 前記接触部材が前記可動電極の一端に設けられたことを特徴とする請求項１２に記載のＭＥＭＳスイッチ。
15. その上面に底電極の溝が形成され、前記底電極の溝に少なくとも一つの固定電極、復元電極及び信号接触部を有する信号ラインが形成された下部基板と、
    前記底電極の溝の周囲に当該する前記下部基板の上面に接触され、前記固定電極及び前記復元電極を横切る可動フレーム、前記可動フレームの一端に一端が連結されその他端が前記上部基板の一側に連結された第１弾性部材、前記可動フレームの他端側に形成された第２弾性部材、及び前記第２弾性部材と連結され前記可動フレームの内部で相対回転する可動電極が一体に形成された上部基板と、
    前記可動フレームの底面に形成された接触部材と、
    前記可動電極の大体中央部に形成されたピボット突起と、
    を含むことを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
16. 前記下部基板の材質がグラスであることを特徴とする請求項１５に記載のＭＥＭＳスイッチ。
17. 前記上部基板の材質がシリコンであることを特徴とする請求項１５に記載のＭＥＭＳスイッチ。
18. 前記固定電極、復元電極及び/又は信号ラインの材質が金（Ａｕ）であることを特徴とする請求項１５に記載のＭＥＭＳスイッチ。
19. 前記固定電極及び前記復元電極の上側には絶縁層が更に形成されたことを特徴とする請求項１５に記載のＭＥＭＳスイッチ。
20. 前記絶縁層がシリコンナイトライド層又はシリコンダイオキサイド層であることを特徴とする請求項１９に記載のＭＥＭＳスイッチ。
21. 前記接触部材が前記可動電極の底面に形成された接触絶縁層及び前記接触絶縁層の底面に形成された接触導電層を含むことを特徴とする請求項１５に記載のＭＥＭＳスイッチ。
22. 前記接触絶縁層がシリコンナイトライド層又はシリコンダイオキサイド層であることを特徴とする請求項２１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
23. 前記接触導電層が金（Ａｕ）であることを特徴とする請求項２１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
24. 前記可動電極の端部には前記接触部材に対応するサイズで接触部が設けられ、前記接触部はスプリングアームによって前記可動電極の端部に回動可能のように連結されたことを特徴とする請求項１５に記載のＭＥＭＳスイッチ。
25. 前記第１弾性部材及び第２弾性部材はサーペンティン（ＳＥＲＰＥＲＴＩＮＥ）型で形成されたことを特徴とする請求項１５に記載のＭＥＭＳスイッチ。
26. 下部基板に所定のギャップを有する底電極の溝を形成する段階と、
    前記底電極の溝の上面に少なくとも一つの固定電極、少なくとも一つの復元電極及び信号接触部を有する少なくとも一つの信号ラインを形成する段階と、
    上部基板の下面に接触部材及びピボット突起を形成する段階と、
    前記接触部材及び前記ピボット突起が形成された前記上部基板を前記下部基板の上面に結合する段階と、
    前記下部基板の上面に結合された上部基板に第１弾性部材、可動フレーム、第２弾性部材及び可動電極を一体に形成する段階と、
    を含むことを特徴とするＭＥＭＳスイッチ製造方法。
27. 前記下部基板がグラスの基板を使うことを特徴とする請求項２６に記載のＭＥＭＳスイッチ製造方法。
28. 前記固定電極、復元電極及び/又は信号ラインが金で形成することを特徴とする請求項２６に記載のＭＥＭＳスイッチ製造方法。
29. 前記上部基板がシリコン基板を使うことを特徴とする請求項２６に記載のＭＥＭＳスイッチ製造方法。
30. 前記上部基板に第１弾性部材、可動フレーム、第２弾性部材及び可動電極を一体に形成する段階において、前記接触部材が形成された接触部を更に形成すると共に、前記接触部をヒンジ固定するスプリングアームを形成する段階が更に含まれたことを特徴とする請求項２６に記載のＭＥＭＳスイッチ製造方法。
31. 前記第１、２弾性部材がサーペンティン（ＳＥＲＰＥＲＴＩＮＥ）型で形成されることを特徴とする請求項２６に記載のＭＥＭＳスイッチ製造方法。

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