JP2008041589A - 高周波スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】垂直方向ではなく同一面上に構造体を製造して十分なアイソレーションを確保することを可能にした高周波スイッチを提供することを目的とする。
【解決手段】駆動電極と、駆動電極と自身の間に生じさせた静電力によって駆動電極側に弾性変位可能なバネ駆動部と、駆動電極側に弾性変位させたバネ駆動部との接触を通じて高周波信号の切換を行う切換部と、を同一層内に備える。バネ駆動部と切換部が接触していないときはバネ駆動部に高周波信号を通さないようバネ駆動部と切換部の接触部付近を分断し、分断された接触部付近をバネ駆動部と接触させた切換部によって中継することによりスイッチの切換を行う。バネ駆動部は、同一層内において移動可能である。高周波信号を通す部分には導電性部材が設けられており、バネ駆動部は両持ちバネとして形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）スイッチ（別名：マイクロマシンスイッチ）、特に、高周波信号の使用にも適したＭＥＭＳ型の高周波スイッチに関する。

近年、ＭＥＭＳスイッチの開発が盛んである。取り分け、静電駆動のＭＥＭＳスイッチは、一般の半導体スイッチより小型で挿入損失が少なく消費電力を減らせることから装置の小型化に適している。ＭＥＭＳスイッチは、例えば、高周波信号を使用する携帯電話等の無線通信システムへの応用が期待されている。

特開２００５−２０９６２５号公報や特開２００５−２７７６７５号に、従来技術によるＭＥＭＳスイッチが例示されている。図１５乃至図１７に特開２００５−２０９６２５号公報に開示されたＭＥＭＳスイッチを示す。図１５は、この従来のＭＥＭＳスイッチの斜視図、図１６、図１７は、動作状態における同ＭＥＭＳスイッチの上面図である。

図１５に示すように、このＭＥＭＳスイッチは、シリコン基板１４６の表面にエアブリッジを構成するように垂直方向に形成されている。主に、導電性梁１４２と、キャパシタ構造をもつ第１および第２の三層構造梁Ｂ１、Ｂ２から成っている。導電性梁１４２と三層構造梁Ｂ１、Ｂ２は、いずれも、両持ちバネとして形成してある。導電性梁１４２は入力端子に、三層構造梁Ｂ１は出力端子に、それぞれ接続されており、更に、三層導電性梁Ｂ２は接地されている。三層構造梁Ｂ１、Ｂ２は、それぞれ、導電性梁１４２に対向する第１の導電体層１３８、１４０と、外側に配される第２の電極１３０、１３２とによって、誘電体層１３４、１３６を挟むことにより、キャパシタを構成しており、図１６に示すように、静電力によって変位させた導電性梁１４２を、三層構造梁Ｂ１の第１の導電体層１３８に接触可能とし、また、図１７に示すように、静電力によって変位させた導電性梁１４２を、三層構造梁Ｂ２の第１の導電体層１４０に接触可能としてある。これら導電性梁１４２と第１の導電体層１３８若しくは１４０が接触したときに、導電性梁と第２の導電体層１３０もしくは１３２の間で導電路を形成することによってスイッチング機能が実現されることになっている。

特開２００５−２０９６２５号公報

図１６に、導電性梁１４２と三層構造梁Ｂ１の第１の導電体層１３８が接触した際に高周波信号が流れる領域を斜線で概略的に示している。この斜線で示すように、従来構成におけるＭＥＭＳスイッチに高周波信号が流れた場合には、余計なスタブ部分によって反射作用等が生じ、信号の高周波特性に好ましくない結果が生じてしまう。本来的に、高周波信号は、必要な領域にのみ、且つ、一方向にのみ流れる状態とするのが好ましい。

また、この従来のＭＥＭＳスイッチでは、駆動電極と駆動部に相当する部材、つまり、電極（１３０、１３２）と第１の導電体層（１３８、１４０）の間に誘電体層（１３４、１３６）を挟み込むようにして互いに固定された状態で一体的に使用されることになっているため、駆動電極と駆動部の距離が比較的接近したものとなり、このためアイソレーションを確保しずらい構造ということができる。更に、この従来のＭＥＭＳスイッチは、ベース体に対して各構成を上方に重ねて製造していくことから製造性が悪く、その垂直方向において、実際には十分なアイソレーションを確保できないといった問題も有している。

本発明は、このような従来技術における問題点を解決するためになされたものであり、必要な領域にのみ一方向に高周波信号が流れる構造とし、また、垂直方向ではなく同一層内に構造体を製造することとしてその製造を容易とし、また、十分なアイソレーションを確保することを可能にした高周波スイッチを提供することを目的とする。

本発明は、高周波スイッチにおいて、駆動電極と、該駆動電極と自身の間に生じさせた静電力によって前記駆動電極側に弾性変位可能なバネ駆動部と、前記駆動電極側に弾性変位させた前記バネ駆動部との接触を通じて高周波信号の切換を行う切換部と、を同一層内に備え、前記バネ駆動部と前記切換部が接触していないときは前記バネ駆動部に高周波信号を通さないよう前記バネ駆動部と前記切換部の接触部付近を分断し、該分断された接触部付近を前記バネ駆動部と接触させた前記切換部によって中継することによりスイッチの切換を行うものであり、前記バネ駆動部は、前記同一層内において移動可能とされており、前記高周波信号を通す部分には導電性部材が設けられ、前記バネ駆動部は両持ちバネとして形成されていることを特徴としている。

更に、上記スイッチにおいて、前記バネ駆動部は両持ちバネとして形成されていてもよい。

また、上記スイッチにおいて、前記駆動電極は前記切換部によって２つの駆動部分に分割されていてもよい。

また、上記スイッチにおいて、前記切換部の先端側の両端に前記バネ駆動部側に突出した駆動接点を設けてもよい。

上記スイッチにおいて、前記切換部は固定されていてもよい。

上記スイッチにおいて、前記バネ駆動部の両側に前記切換部と前記駆動電極を対称に設けてもよい。

上記スイッチにおいて、前記切換部は、前記駆動電極との間に生じさせた静電力によって前記駆動電極側に弾性変位可能な他のバネ駆動部に設けられてもよい。

上記スイッチにおいて、前記駆動電極は、前記駆動電極の本体部分から電気的且つ物理的に切り離され、前記バネ駆動部側、或いは、前記他のバネ駆動部側に延びて、前記バネ駆動部と前記駆動電極との間、或いは、前記他のバネ駆動部と前記駆動電極との間の過剰な接触を防止するストッパを有していてもよい。

また、本発明は、高周波スイッチにおいて、第一線路と第二線路と駆動電極を同一層内に有し、前記第一線路は、前記駆動電極の隣接に配置された前記駆動電極側に弾性変位可能なバネ駆動部を有し、前記第二線路は、前記バネ駆動部の隣接に対向配置された固定された切換部を有し、前記バネ駆動部の中間部付近は絶縁されており、前記バネ駆動部と前記駆動電極の間に生じさせた静電力によって前記バネ駆動部を前記駆動電極側に変位させ、前記バネ駆動部の絶縁部以外の部分と前記切換部とを接触させることにより、前記バネ駆動部の絶縁部以外の部分を前記切換部を用いて導通させて、高周波信号の切換を行うことを特徴としている。

更に、本発明は、高周波スイッチにおいて、第一線路と第二線路と駆動電極を同一層内に有し、前記第一線路は、前記駆動電極の隣接に配置された前記駆動電極側に弾性変位可能な第一のバネ駆動部を有し、前記第二線路は、前記第一のバネ駆動部の隣接に対向配置された切換部を有する、前記駆動電極の隣接に配置された前記駆動電極側に弾性変位可能な第二のバネ駆動部を有し、前記第一のバネ駆動部の中間部付近は絶縁されており、前記第一のバネ駆動部と前記駆動電極との間、或いは、前記第二のバネ駆動部と前記駆動電極との間、或いは、それら双方の間に生じさせた静電力によって前記第一のバネ駆動部、及び／又は、前記第二のバネ駆動部を前記駆動電極側に変位させ、前記第一のバネ駆動部の絶縁部以外の部分と前記切換部とを接触させることにより、前記第一のバネ駆動部の絶縁部以外の部分を前記切換部を用いて導通させて、高周波信号の切換を行うことを特徴としている。
更にまた、本発明は、高周波スイッチにおいて、第一線路と第二線路と駆動電極を同一層内に有し、前記第一線路は固定されており、前記第二線路は、前記第一線路の隣接に対向配置された切換部を有する、前記駆動電極の隣接に配置された前記駆動電極側に弾性変位可能なバネ駆動部を有し、前記第一線路の中間部付近は絶縁されており、前記バネ駆動部と前記駆動電極の間に生じさせた静電力によって前記バネ駆動部を前記駆動電極側に変位させ、前記第一線路の絶縁部以外の部分と前記切換部とを接触させることにより、前記第一線路の絶縁部以外の部分を前記切換部を用いて導通させて、高周波信号の切換を行うことを特徴としている。

本発明によれば、十分なアイソレーションが確保され且つ高周波使用にも適したＭＥＭＳスイッチが提供される。

図１は、本発明の第１の実施形態による高周波スイッチの斜視図、図２、図３は、このスイッチのスイッチ部分の拡大斜視図と拡大平面図である。ただし、図３は、図１、図２と完全には対応していない。この点については後述する。

本発明の高周波スイッチは、高周波信号用の切換スイッチとして利用できる。高周波信号は、主に、長手方向に延びる主線路（第一線路）（１１、１２、１３）によって切換可能に伝達される。この主線路に並行して、副線路（第二線路）（１９、２０、２６）と、これら主線路と副線路の間にそれらに隣接させた状態で駆動電極１６が配置してある。これら主線路、副線路、駆動電極１６は全て、グランド１８によって四方側面を取り囲まれており、また、シリコン基板６０上の同一層内に設けられ、通常の状態では、互いに電気的に分離されている。

主線路は、シリコン基板６０面上の同一層内に設置された略直方体状の固定部１１、１２と、これらをつなぐ薄板状のバネ駆動部（第一のバネ駆動部）１３から成る。バネ駆動部１３は、この同一層内において移動可能とされており、固定部１１、１２はそれぞれ、高周波信号のための入力端子若しくは出力端子として利用され、バネ駆動部１３は、例えば、これら入力端子と出力端子を電気的に分断させた状態でつなぐ高周波信号の導波路として利用される。したがって、この第１の実施形態による高周波スイッチは、長手方向両側にそれぞれ１つの入力と１つの出力を有する１入力１出力タイプのスイッチであるということができる。

固定部１１、１２とバネ駆動部１３は、絶縁物で加工性が良好な部材で形成されていればよく、例えば、半導体、好ましくは、シリコン（Ｓｉ）によって一体形成されている。バネ駆動部１３は、固定部１１、１２の対向側側面の中間付近から、固定部１１、１２の間に延長状態で設けられており、シリコン基板６０からは浮いた状態とされている。このようにバネ駆動部１３を固定部１１、１２によって中空支持することにより、バネ駆動部１３は両端を支持された両持ちバネとして形成され、駆動電極１６側、即ち、図示矢印イ方向に弾性変位可能とされる。バネ駆動部１３を両持ちバネとして形成することにより、十分なバネ力と強度を確保することができる。また、両持ちバネとして形成することにより、片持ち梁状に設けたバネに比較して、バネ特性を向上させることができる。バネ特性の向上は、製造工程においても利点を有する。例えば、後述するメッキ処理やリリース処理の際、バネ駆動部１３が隣接部材に固着して変形したままになる危険を少なくすることができる。尚、バネ駆動部１３の配置位置は、グランド１８によって形成される層内空間５０のちょうど中間位置付近、換言すれば、図２に示すように、層内空間５０を形成する一方の側壁５１からバネ駆動部１３までの距離「エ」と、他方の側壁５２からバネ駆動部１３までの距離「オ」を、互いに等しく設定するのが好ましい。これにより、高周波伝送路を乱さずに良好なものとすることができる。

副線路は、主線路の構成に類似した構造を持つ。副線路は、シリコン基板６０面上の同一層内に設置された略直方体状の固定部１９、２０と、これらをつなぐ薄板状のバネ駆動部（第二のバネ駆動部）２６から成る。バネ駆動部２６は、この同一層内において移動可能とされており、これらの部品は、シリコンによって一体形成されている。バネ駆動部２６は、固定部１９、２０の対向側側面の片側端部付近から、固定部１９、２０の間に延長状態で設けられており、シリコン基板４０から浮いた状態とされている。このようにバネ駆動部２６を固定部１９、２０によって中空支持することにより、バネ駆動部２６は両端を支持された両持ちバネとして形成され、駆動電極１６側に、即ち、図示矢印ウ方向に弾性変位可能とされる。バネ駆動部２６を両持ちバネとして形成することにより、上述したように、十分なバネ力と強度を確保し、バネ特性を向上させることができる。

副線路の固定部１９、２０は、主線路の固定部１１、１２と同様に、高周波信号のための入力端子若しくは出力端子として利用することもでき、また、副線路のバネ駆動部２６は、主線路のバネ駆動部１３と同様に、入力端子と出力端子を分断させた状態でつなぐ高周波信号の導波路として利用することもできる（この点は後述の実施形態で明らかにする）が、第１の実施形態では、副線路を構成する部材のうち、特に、バネ駆動部２６に設けた切換部１７を、バネ駆動部１３の分断部分を中継する中継部材として利用する。切換部１７は、バネ駆動部１３の分断部分（１５）の隣接に対向配置され、また、バネ駆動部２６の中間部（例えば、真中）付近においてバネ駆動部１３の側に突出した状態で設けられており、バネ駆動部２６と同様にシリコン基板４０から浮いた状態で中空支持されている。切換部１７は、バネ駆動部２６の一部であるから、バネ駆動部２６と同様に図示矢印ウ方向に弾性変位可能である。切換部１７に設けた複数の穴、即ち、長手方向に延びる細長い穴２３−１や横方向に並列に配置された略長方形の４つの穴２３−２〜２３−５は、切換部１７をシリコン基板４０に対して中空設置するために製造工程を考慮して設けたものであって、その形状自体に意味はない。

駆動電極１６は、主線路（１１、１２、１３）や副線路（１９、２０、２６）によって四方を取り囲まれた状態で配置される。図２によく示されるように、例えば、駆動電極１６は、固定部１１、１２、１９、２０の駆動電極１６側に突出した側壁（固定部１１の側壁３１、固定部１２の側壁３２、固定部１９の側壁３３、及び固定部２０の側壁３４）と、バネ駆動部１３、２６の駆動電極１６側の側壁３５、３６とによって形成された空間に配置される。このような配置とすることにより、無駄なスペースを無くして、スペースの有効活用を図ることができる。尚、固定部１１、１２は、駆動電極１６側のみならず、その対向側においても突出した状態とされている、更に言えば、固定部１１には側壁３７が、固定部１２には側壁３８が、それぞれ設けられているのに対し、固定部１９、２０は、駆動電極１６側においてのみ突出した状態とされ、その対向側においてはほとんど突出していない。これは、固定部１１、１２によって中空支持されたバネ駆動部１３を、層内空間５０の中間位置に設けた状態で層内空間５０をできるだけ小さくするため、突出部を設けないこととしたためである。

駆動電極１６は、また、バネ駆動部２６から主線路側に突出した切換部１７を用いて、長手方向において左右２つの駆動部分１６−１、１６−２に分割される。これら駆動部分１６−１、１６−２は、主線路や副線路と共にシリコンによって一体成形されており、切換部１７を挟んで互いに対称形状を有し、また、同様の機能を有する。各駆動部分１６−１、１６−２は、それぞれ、長手方向に延びた略直方形状を有し、駆動部分１６−１の中間付近には、本体部分から電気的且つ物理的に切り離された、略立方形状のストッパ２１−１、２１−２が、また、駆動部分１６−１の端部、特に、駆動部分１６−２側との対向側の端部には、本体部分から電気的且つ物理的に切り離された、略立方形状のストッパ２１−５が、それぞれ設けられており、同様に、駆動部分１６−２の中間付近には、本体部分から電気的且つ物理的に切り離された、略立方形状のストッパ２１−３、２１−４が、また、駆動部分１６−２の端部、特に、駆動部分１６−１側との対向側の端部には、本体部分から電気的且つ物理的に切り離された、略立方形状のストッパ２１−６が、それぞれ設けられている。これら略立方形状のストッパ２１の一部として形成された接点２２−１乃至２２−６は、各々、バネ駆動部１３側若しくはバネ駆動部２６側に延ばされており、これらによってバネ駆動部１３と駆動電極１６の間、或いは、バネ駆動部２６と駆動電極１６の間の過剰な接触を防止するようになっている。例えば、バネ駆動部１３と駆動電極１６の本体部分（ストッパ２１以外の部分）との接触は、弾性変位したバネ駆動部１３を、接点２２−１や接点２２−５、また、接点２２−３や接点２２−６と衝突させることによって防止される。同様に、バネ駆動部２６と駆動電極１６の本体部分（ストッパ２１以外の部分）との接触は、弾性変位したバネ駆動部２６を、接点２２−２や接点２２−４と衝突させることによって防止される。尚、これらストッパ２１の数や位置は特に限定されるものではなく、例えば、図３に示すように４個のストッパを設けるようにしてもよいし、それらの位置を力の加減によって変更してもよい。図３は、これらストッパの数や位置についてのみ、図１、図２と多少相違する。

電気を導通させるため、主線路と副線路の所定部分に、導電性部材を設ける。導電性部材は、例えば、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）、プラチナ（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、或いは、その他の合金をメッキすることによって、また、メッキ以外にも、スパッタリングや蒸着を利用することによって、設けることができる。ここでは一例として、金１４をメッキ（製膜）した場合を説明する。金メッキを施す部分によって、高周波信号の導通経路が決定されることになる。逆にいえば、高周波信号を通す部分は金メッキされた部分である。良好な高周波特性を得るため、金メッキは高周波信号を流す部分にのみ付与するのが好ましい。例えば、第１の実施形態において、実質的に金メッキを施してあるのは、固定部１１、１２の上部とそれら上部に連続する側面の少なくとも一部、更に、これら固定部１１、固定部１２と連続する状態で、中間部（例えば、真中）付近に設けた絶縁部１５を除くバネ駆動部１３の上部とその上部に連続する（特に切換部１７側の）側面の少なくとも一部、更に、切換部１７の先端側（バネ駆動部１３側）の上部とその上部に連続する（特にバネ駆動部１３側の）側面の少なくとも一部である。主線路（１１、１２、１３）と副線路（１９、２０、２６）は、全て、半導体材料であるシリコンで形成されているが、金メッキを施すことにより、固定部１１、１２は、絶縁部１５を除く部分で高周波信号を通す状態とされ、更に、絶縁部１５によって分断された部分は、切換部１７を用いて、切換可能に中継され得る。絶縁部１５によって分断されたバネ駆動部１３の一部は、切換部１７とバネ駆動部１３の接触を通じて中継され、この結果、高周波信号は、固定部１１と固定部１２の間で伝達され得る。高周波信号は、例えば、固定部１１（又は固定部１２）から付与され、バネ駆動部１３の固定部１１側（又はバネ駆動部１３側）の金メッキ部分を通じて、更に、バネ駆動部１３と接触させた切換部１７の金メッキ部分を通じて、更にまた、バネ駆動部１３の固定部１２側（又は固定部１１側）の金メッキ部分を通じて、固定部１２（又は固定部１１）へ伝達される。尚、絶縁部１５を設けて両持ちバネの中間部を絶縁（尚、本明細書中の「絶縁」の語は、厳密な意味のものではない。明らかなように、シリコンは半導体であって絶縁物ではないが、十分に抵抗値が高く高周波伝送（〜２０ＧＨｚ）においても絶縁体と見なせる、という程度の意味である。尚、シリコン上に酸化被膜を形成して絶縁性を高めるようにしてもよい。）させることにより、本願では、切換時のアイソレーションが確保（切換特性が向上）されており、また、物理的には連続しているにもかかわらず電気的な切換が可能とされている。物理的に離れた電気接点を設けることにより、アイソレーション特性を良化することもできる。

切換部１７とバネ駆動部１３を確実に接触させるため、また、切換部１７とバネ駆動部１３の間の接点固着を防ぐため、切換部１７の先端側の両端にバネ駆動部１３側に突出した駆動接点２４を設けてもよい。これら駆動接点２４を設けることにより、バネ駆動部１３と切換部１７の間の接圧を各駆動接点２４において１点に集中させることができると同時に、接触抵抗を低く抑えることができる。尚、接点固着は、バネ駆動部１３を両持ちバネとして切り離す反力を増加させたことによっても効果的に防止される、更に言えば、本願のバネ駆動部１３は、両持ちバネとしてあることから反力が向上されており、従って、接点固着しにくい構造とされている。

バネ駆動部１３と切換部１７を接触させるには、バネ駆動部１３を図示矢印イ方向に弾性変位させ、或いは、バネ駆動部２６を図示矢印ウ方向に弾性変位させ、或いは、好ましくはそれら双方を上記方向に弾性変位させる必要がある。これらの弾性変位を行わせるために静電作用を利用する。静電作用は、主線路と駆動電極１６の間に電圧を印加し、また、副線路と駆動電極１６の間に電圧を印加することによって生じさせることができる。更に言えば、電圧を印加することにより、主線路と駆動電極１６の間、或いは、副線路と駆動電極１６の間に、所定の電位、例えば、約５０Ｖの電位を生じさせ、この電位によって生じた静電力を利用して、バネ駆動部１３やバネ駆動部２６を駆動電極１６側に引き込むことで、バネ駆動部１３の金メッキ部分と切換部１７の金メッキ部分を互いに接触させることができる。尚、主線路と駆動電極１６の間の電位と、副線路と駆動電極１６の間の電位は等しく設定するのが好ましい。これらを等しく設定し、駆動電極１６に対するバネ駆動部１３の引き付け力と、駆動電極１６に対するバネ駆動部２６の引き付け力を等しくすることにより、動作をより安定させることができる。

バネ駆動部１３と切換部１７が接触する際、バネ駆動部１３やバネ駆動部２６はそれら全体として駆動電極１６に引き付けられる。この結果、何らの手段も設けなければ、バネ駆動部１３やバネ駆動部２６は、駆動電極１６に大きな面積部分で接触してしまう。このような接触状態は固着の原因となる。上述したストッパ２１を設けることによって、このような事態は回避される。即ち、接点２２は、駆動電極１６のバネ駆動部１３側やバネ駆動部２６側の一側面から僅かではあるがバネ駆動部１３側やバネ駆動部２６側に突出状態で設けられていることから、駆動電極１６に引き付けられたバネ駆動部１３やバネ駆動部２６は、実質的には、ストッパ２１にのみ接触し、これによって、駆動電極１６とバネ駆動部１３、バネ駆動部２６との間の過剰な接触やそれらの間の固着を効果的に防止することができる。尚、図１５、図１６を参照して説明した従来スイッチでは、駆動電極と駆動部に相当する部材（１３０、１３２、１３８、１４０）の間に誘電体層（１３４、１３６）を挟み込むことでそれらを一体とし、それら駆動電極と駆動部に相当する部材（１３０、１３２、１３８、１４０）の電位を短絡させることなく駆動させるものであるが、この従来構成では、スイッチングを繰り返すと誘電体層（１３４、１３６）に電荷がたまり、導電性梁（１４２）にそれらの部材が固着して復帰しずらくなってしまうといった問題がある。これに対し、本発明の構成によれば、バネ駆動部１３やバネ駆動部２６の中間部付近に駆動部分１５、１７を設け、また、これらとは絶縁されたストッパ２１を設けたことにより、このような従来構成における問題を解決することができる。

図４、図５を参照して、第１の実施形態による高周波スイッチのＯＮ・ＯＦＦ動作を説明する。図４はＯＦＦ状態を、図５はＯＮ状態をそれぞれ簡略化して示している。尚、これら図において、基本的には、メッシュのハッチングで表示した部分が金メッキされた部分、即ち、高周波信号を通す部分であると考えてよい。但し、上の説明から明らかなように、実際に金メッキを施す部分は、例えば、固定部１１、１２の上部のみならず、それら上部に連続する側面等にも及んでいるが、図面簡略化のため部材の上方領域にのみメッシュ部分を書き加えている。図４に示すＯＦＦ状態のスイッチにおいて、駆動電極１６とバネ駆動部１３の間、及び／又は、駆動電極１６とバネ駆動部２６の間に電圧を印加することにより、図５に示すように、バネ駆動部１３をイ方向に変位させ、或いは、バネ駆動部２６をウ方向に変位させ（便宜上この変位は記載していない）、或いは、それら双方を変位させることができる。この結果、バネ駆動部１３と切換部１７が接触し、絶縁部１５によって分断されたバネ駆動部１３は、切換部１７によって導通され、固定部１１と固定部１２の間で高周波信号の伝達が行われる。バネ駆動部１３と切換部１７の接触時に固定部１１と固定部１２の間で流れる電流の領域は、メッシュ状の部分だけである。このことから明らかなように、本願では、絶縁部１５を設けて両持ちバネの中間部（例えば、真中）を絶縁構造にしているため、余分なスタブ構造を作らず、言い換えれば、スタブ構造を回避して、高周波特性を向上させることが可能である。

図６、図７を参照して、第１の実施形態による高周波スイッチの製造工程を簡単に説明する。図６の（Ａ）乃至（Ｆ）は、それぞれ、所定の製造工程における図３のＡ−Ａ線断面、図７は、この製造工程を用いて完成した高周波スイッチの図３のＢ−Ｂ線断面図である。

先ず、スイッチの元になる構造体を準備する。この構造体は、底部を形成するシリコン（Ｓｉ）６０と、このシリコン６０面上の同一層（１つの層）内に設けられるシリコン６１とシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）６２から成る。ここで、シリコン酸化膜６２は、シリコン６０とシリコン６１の間に位置する。

工程（Ａ）に示すように、先ず、この構造体に、フォトレジスト６３を付与する。次いで、工程（Ｂ）に示すように、フォトレジスト６３をリソグラフィーでパターニングした後、プラズマイオン等によるドライエッチング（Dry Reactive Ion Etching）によってシリコン６１をシリコン酸化膜６２の表面までエッチングする。

更に、工程（Ｃ）において、希釈したフッ酸でシリコン酸化膜６２を部分的に除去した後、リリースによって、バネ駆動部１３やバネ駆動部２６のような所定部分を中空状態とする。このリリースは、シリコン酸化膜６２全体に影響を及ぼすことから、例えば、バネ駆動部１３やバネ駆動部２６のようにリリースによってシリコン６０やシリコン酸化膜６２と離れた中空状態とする部分については、固定部１１や固定部１２のように中空状態としない部分に比べて、より多くのリリースが行われるよう面積部分（上方から見た面積領域）を小さくしておく必要がある。切換部１７に設けた穴２３は、このような理由から設けられている。

次いで、工程（Ｄ）で、部分的に導体、例えば、金（Ａｕ）等を堆積させる。尚、金等の導伝率の良い金属を部分的に堆積させる方法は、スパッタに限らずメッキ蒸着法等を用いることもできる。また、マスキング方法は、シャドー・マスク、レジストマスク等、様々な方法を利用することができる。更に、全面に金属を付着させた後に、エッチングによるパターニングを行うようにしてもよい。尚、工程（Ｄ）は、工程（Ｄ’）に代えることもできる。即ち、工程（Ｄ’）で、ウェハ上に電極配線されたガラスキャップ６５を被せた後、ダイシングソーを利用して個々のチップへ切断してもよい。

その後、工程（Ｅ）に示すように、チップの切断は、裏面をパターニングしてドライエッチングする。ここで、最下位層はフォトレジスト６８を示し、その上の層はＡｌ（アルミニウム）又はシリコン酸化膜６７を示す。最後に、工程（Ｆ）で、ガラスキャップ６５を被せ、図７に示すような状態として終了である。

スイッチの実際の使用時には、図７に示すように、ウェハ上にガラスキャップ６５を被せた状態としてあるため、固定部１１や固定部１２等、外部と電気接続する必要がある部分には、ガラスキャップ６５の所定位置に設けた穴６６を通じて半田のような導通部材６９を接触させることができるようになっている。このような構成により、内部部品を外部から保護しつつ、外部との電気的接続を可能としてある。

以上の製造工程により、本願を構成する部材、即ち、主線路、副線路、駆動電極は、全て、ベース体のシリコン６０上の同一面上に面方向にて同一層として形成される。このように全ての部材を同一層内に加工することにより、構造プロセスの簡略化でき、また、加工精度を上げることができる。

尚、上の実施形態では、主線路の他に副線路を設け、バネ駆動部１３、２６の双方を弾性変位可能としたが、例えば、切換部１７の部分を固定して設け、主線路側のバネ駆動部１３だけをこの固定電極側に弾性変位可能としてもよい。

次に、図８乃至図１０を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。これら図８乃至図１０において、第１の実施形態と同様の部材には同様の参照番号を用い、更に、第１の実施形態と区別するため、参照番号の最後に記号「Ａ」を付す。

図８乃至図１０はそれぞれ、第１の実施形態の図１、図４、図５に対応する。更に言えば、図８は、本発明の第２の実施形態による高周波スイッチの斜視図、図９、図１０は、この高周波スイッチのＯＮ・ＯＦＦ動作を簡略化して示したものであって、図９はＯＦＦ状態を、図１０はＯＮ状態をそれぞれ示す。

この第２の実施形態による高周波スイッチは、第１の実施形態と同じく１入力１出力スイッチであるが、ここでは、入力と出力を長手方向両側ではなく一方側に１つずつ配するものとしてある。更に言えば、この第２の実施形態は、長手方向一端の２つの固定部、特に主線路の固定部１２Ａと副線路の固定部２０Ａを、高周波信号のための入力端子若しくは出力端子として利用し、それらの間をつなぐバネ駆動部１３Ａ、切換部１７Ａ、バネ駆動部２６Ａの長手方向の一方側を、高周波信号の導波路として利用するものである。ただし、これに限らず、第１の実施形態のように、これら１つの入力と１つの出力を長手方向両側に配してもよい。

第２の実施形態における主線路（１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ）や副線路（１９Ａ、２０Ａ、２６Ａ）、駆動電極１６Ａの形態は、第１の実施形態におけるそれら主線路（１１、１２、１３）や副線路（１９、２０、２６）、駆動電極１６の形態と変わりはない。相違店は、金メッキを施す部分だけである。即ち、第２の実施形態では、長手方向の一方側にのみ入力と出力を設けるとしていることから、金メッキする必要があるのは、バネ駆動部１３Ａのうちの固定部１２Ａ側だけ、バネ駆動部２６Ａのうちの固定部２０Ａ側だけ、及び、切換部１７Ａの端部のうちの固定部１２Ａや固定部２０Ａ側だけである。このように、主線路、副線路、駆動電極の形態は同じであっても、スイッチの用途に合せて、金メッキを施す部分を適当に変えることにより、容易に高周波信号を流す部分を変更できる。更に言えば、いずれの固定部を高周波信号の入力部や出力部として使用することもできるし、また、切換部１７Ａの一部を含む、いずれの部分を高周波信号の導波路として使用することもできる。故に、スイッチ形態は、これらの図に示したものに限られるわけではない。第２の実施形態では、切換部１７の片側の端部だけが金メッキされていることから、その片側の端部だけが駆動接点２４Ａとして利用され、もう一方の片側端部は非駆動接点２５Ａとして利用されることになるだけである。このように、電気的な接点を駆動接点２４Ａの１箇所とすることにより、バネ駆動部２６Ａのバネ駆動部１３Ａに対する反力を更に高めることができ、したがって、駆動電圧が同じであっても接点剥離力を高めることができる。

図９、図１０を参照して、第２の実施形態による高周波スイッチのＯＮ・ＯＦＦ動作を説明する。駆動電極１６−１Ａ、１６−２Ａとバネ駆動部１３Ａの間、或いは、駆動電極１６−１Ａ、１６−２Ａとバネ駆動部２６Ａの間に電圧を印加していないとき、スイッチは、図９に示すようにＯＦＦ状態を保つ。一方、駆動電極１６−１Ａ、１６−２Ａとバネ駆動部１３Ａの間、及び／又は、駆動電極１６−１Ａ、１６−２Ａとバネ駆動部２６Ａの間に電圧を印加することにより、図１０に示すように、バネ駆動部１３Ａを図示矢印イ方向に変位させ、或いは、バネ駆動部２６Ａを図示矢印ウ方向に変位させ（便宜上この変位は記載していない）、或いは、それら双方を変位させることができる。この結果、バネ駆動部１３Ａと切換部１７Ａが接触し、バネ駆動部１３Ａのうちの固定部１２Ａ側の金メッキ部分と、バネ駆動部２６Ａのうちの固定部２０Ａ側の金メッキ部分が、切換部１７Ａの固定部１２Ａや固定部２０Ａ側の金メッキ部分との接触を通じて導通され、固定部１２Ａと固定部２０Ａの間で高周波信号の伝達が行われることになる。

次に、図１１乃至図１４を参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。これら図１１乃至図１４において、第１の実施形態と同様の部材には同様の参照番号を用い、更に、第１の実施形態と区別するため、参照番号の最後に記号「Ｂ」を付す。

図１１乃至図１４はそれぞれ、第１の実施形態の図１、図４、図５に対応する。更に言えば、図１１は、本発明の第３の実施形態による高周波スイッチの斜視図、図１２乃至図１４は、この高周波スイッチのＯＮ・ＯＦＦ動作簡略化して示したものであって、図１２はＯＦＦ状態を、図１３は第１のＯＮ状態を、図１４は第２のＯＮ状態をそれぞれ示す。

第１及び第２の実施形態は、１入力１出力タイプのスイッチであったのに対して、この第３の実施形態による高周波スイッチは、１入力２出力タイプのスイッチである。図１１乃至図１４では、１つの入力と２つの出力を、第２の実施形態と同様に、長手方向の一方側に配したものを例示している。更に言えば、第３の実施形態では、長手方向一端の固定部、特に、主線路の固定部１２Ｂを、高周波信号のための入力端子とし、副線路の固定部２０Ｂ若しくは２０Ｂ’を、高周波信号のための出力端子として利用し、それらの間をつなぐバネ駆動部１３Ｂ、切換部１７Ｂ、１７Ｂ’、バネ駆動部２６Ｂ、２６Ｂ’の長手方向の一方側を、高周波信号の導波路として利用するものである。ただし、これに限らず、例えば、第１の実施形態や第２の実施形態のように、これら１つの入力と２つの出力を長手方向両側に適当に配してもよい。

この第３の実施形態によるスイッチは、バネ駆動部１３Ｂの両側が、長手方向沿いに対称となっている。第２の実施形態と比較すると、第２の実施形態では、固定部１１Ａ、１２Ａをつなぐバネ駆動部１３Ａを境として、長手方向沿いの一方側にのみ設けられていた副線路（１９Ａ、２０Ａ、２６Ａ）と駆動電極が、第３の実施形態では、もう一方の側にも対称配置されている。対称配置された部材には「’」を付している。明らかなように、この第３の実施形態では、主線路（１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂ）は１つであるが、副線路（１９Ｂ、１９Ｂ’、２０Ｂ、２０Ｂ’、２６Ｂ、２６Ｂ’）と駆動部分（１６−１Ｂ、１６−２Ｂ、１６−１Ｂ’、１６−２Ｂ’）は、この１つの主線路に対して２組設けられていることになる。この結果、１つの主線路を、２つの副線路や２つの駆動電極を用いて両側から駆動できる。このような両側駆動構造にすることにより、２通りのＯＮ状態を設けることができ、また、駆動電圧を抑えて反力を強めること、換言すれば、駆動電圧を上げず接点固着を低減、防止でき、更に、応答時間を半減できる。

図１２乃至図１４を参照して、第３の実施形態による高周波スイッチのＯＮ・ＯＦＦ動作を説明する。駆動電極１６−１Ｂ、１６−２Ｂとバネ駆動部１３Ｂの間、或いは、駆動電極１６−１Ｂ、１６−２Ｂとバネ駆動部２６Ｂの間、更に、駆動電極１６−１Ｂ’、１６−２Ｂ’とバネ駆動部１３Ｂの間、或いは、駆動電極１６−１Ｂ’、１６−２Ｂ’とバネ駆動部２６Ｂ’の間に電圧を印加していないとき、スイッチは、図１２に示すようにＯＦＦ状態を保つ。一方、駆動電極１６−１Ｂ、１６−２Ｂとバネ駆動部１３Ｂの間、及び／又は、駆動電極１６−１Ｂ、１６−２Ｂとバネ駆動部２６Ｂの間に電圧を印加することにより、図１３に示すように、バネ駆動部１３Ｂを図示矢印カ方向に変位させ、或いは、バネ駆動部２６Ｂを図示矢印キ方向に変位させ（便宜上この変位は記載していない）、或いは、それら双方を変位させることができる。この結果、バネ駆動部１３Ｂと切換部１７Ｂが接触し、バネ駆動部１３Ｂのうちの固定部１２Ｂ側の金メッキ部分と、バネ駆動部２６Ｂのうちの固定部２０Ｂ側の金メッキ部分が、切換部１７Ｂの固定部１２Ｂや固定部２０Ｂ側の金メッキ部分との接触を通じて導通され、固定部１２Ｂと固定部２０Ｂの間で高周波信号の伝達が行われることになる。また、駆動電極１６−１Ｂ’、１６−２Ｂ’とバネ駆動部１３Ｂの間、及び／又は、駆動電極１６−１Ｂ’、１６−２Ｂ’とバネ駆動部２６Ｂの間に電圧を印加することにより、図１４に示すように、バネ駆動部１３Ｂを図示矢印ク方向に変位させ、或いは、バネ駆動部２６Ｂ’を図示矢印ケ方向に変位させ（便宜上この変位は記載していない）、或いは、それら双方を変位させることができる。この結果、バネ駆動部１３Ｂと切換部１７Ｂ’が接触し、バネ駆動部１３Ｂのうちの固定部１２Ｂ側の金メッキ部分と、バネ駆動部２６Ｂ’のうちの固定部２０Ｂ側の金メッキ部分が、切換部１７Ｂ’の固定部１２Ｂや固定部２０Ｂ’側の金メッキ部分との接触を通じて導通され、固定部１２Ｂと固定部２０Ｂ’の間で高周波信号の伝達が行われることになる。

尚、第３の実施形態のように、２通りのＯＮ状態を設けた場合には、例えば、図１３に示すような状態で接点が固着してしまった場合であっても、図１４に示す状態とするように電圧を印加することによって、このような固着状態を容易に解除することができる。つまり、２通りのＯＮ状態を設けることによって、固着を確実に防止することもできる。
尚、本発明のスイッチは、高周波信号の使用に適したものであるが、金メッキ等の導電性部材を設けた部分同士を直接接触させて導通させるものであるから、高周波信号のみならず、直流信号（ＡＣ）にも使用することができる。つまり、本発明のスイッチは、直流信号（ＡＣ）から高周波信号まで幅広く使用できるものである。

高周波信号を利用する様々な機器のための小型スイッチとして幅広く用いることができる。

本発明の第１の実施形態による高周波スイッチの斜視図である。 同高周波スイッチのスイッチ部分の拡大斜視図である。 同高周波スイッチのスイッチ部分の拡大平面図である。 同高周波スイッチのＯＦＦ状態を示す図である。 同高周波スイッチのＯＮ状態を示す図である。 所定の製造工程における図３のＡ−Ａ線断面図である。 完成した高周波スイッチの図３のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第２の実施形態による高周波スイッチの斜視図である。 同高周波スイッチのＯＦＦ状態を示す図である。 同高周波スイッチのＯＮ状態を示す図である。 本発明の第３の実施形態による高周波スイッチの斜視図である。 同高周波スイッチのＯＦＦ状態を示す図である。 同高周波スイッチの第１のＯＮ状態を示す図である。 同高周波スイッチの第２のＯＮ状態を示す図である。 従来の高周波スイッチの斜視図である。 同スイッチの動作状態における上面図である。 同スイッチの動作状態における上面図である。

符号の説明

１１ 固定部
１２ 固定部
１３ バネ駆動部
１４ 金
１５ 絶縁部
１６ 駆動電極
１７ 駆動部
１８ グランド
１９ 固定部
２０ 固定部
２１ ストッパ
２２ 接点
２４ 駆動接点
２５ 非駆動接点
２６ バネ駆動部
６０ シリコン（ベース体）
６１ シリコン
６２ シリコン酸化膜
６３ フォトレジスト
６４ 金
６５ ガラスキャップ
６８ フォトレジスト
６９ 導通部材

Claims (10)

1. 高周波スイッチにおいて、駆動電極と、該駆動電極と自身の間に生じさせた静電力によって前記駆動電極側に弾性変位可能なバネ駆動部と、前記駆動電極側に弾性変位させた前記バネ駆動部との接触を通じて高周波信号の切換を行う切換部と、を同一層内に備え、
   前記バネ駆動部と前記切換部が接触していないときは前記バネ駆動部に高周波信号を通さないよう前記バネ駆動部と前記切換部の接触部付近を分断し、該分断された接触部付近を前記バネ駆動部と接触させた前記切換部によって中継することによりスイッチの切換を行うものであり、前記バネ駆動部は、前記同一層内において移動可能とされており、前記高周波信号を通す部分には導電性部材が設けられ、前記バネ駆動部は両持ちバネとして形成されていることを特徴とする高周波スイッチ。
2. 前記駆動電極は前記切換部によって２つの駆動部分に分割されている請求項１に記載の高周波スイッチ。
3. 前記切換部の先端側の両端に前記バネ駆動部側に突出した駆動接点を設けている請求項１又は２に記載の高周波スイッチ。
4. 前記切換部は固定されている請求項１乃至３のいずれかに記載の高周波スイッチ。
5. 前記バネ駆動部の両側に前記切換部と前記駆動電極を対称に設けた請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波スイッチ。
6. 前記切換部は、前記駆動電極との間に生じさせた静電力によって前記駆動電極側に弾性変位可能な他のバネ駆動部に設けられている請求項１乃至５のいずれかに記載の高周波スイッチ。
7. 前記駆動電極は、前記駆動電極の本体部分から電気的且つ物理的に切り離され、前記バネ駆動部側、或いは、前記他のバネ駆動部側に延びて、前記バネ駆動部と前記駆動電極との間、或いは、前記他のバネ駆動部と前記駆動電極との間の過剰な接触を防止するストッパを有する請求項６に記載の高周波スイッチ。
8. 高周波スイッチにおいて、第一線路と第二線路と駆動電極を同一層内に有し、
   前記第一線路は、前記駆動電極の隣接に配置された前記駆動電極側に弾性変位可能なバネ駆動部を有し、
   前記第二線路は、前記バネ駆動部の隣接に対向配置された固定された切換部を有し、
   前記バネ駆動部の中間部付近は絶縁されており、前記バネ駆動部と前記駆動電極の間に生じさせた静電力によって前記バネ駆動部を前記駆動電極側に変位させ、前記バネ駆動部の絶縁部以外の部分と前記切換部とを接触させることにより、前記バネ駆動部の絶縁部以外の部分を前記切換部を用いて導通させて、高周波信号の切換を行うことを特徴とする高周波スイッチ。
9. 高周波スイッチにおいて、第一線路と第二線路と駆動電極を同一層内に有し、
   前記第一線路は、前記駆動電極の隣接に配置された前記駆動電極側に弾性変位可能な第一のバネ駆動部を有し、
   前記第二線路は、前記第一のバネ駆動部の隣接に対向配置された切換部を有する、前記駆動電極の隣接に配置された前記駆動電極側に弾性変位可能な第二のバネ駆動部を有し、
   前記第一のバネ駆動部の中間部付近は絶縁されており、前記第一のバネ駆動部と前記駆動電極との間、或いは、前記第二のバネ駆動部と前記駆動電極との間、或いは、それら双方の間に生じさせた静電力によって前記第一のバネ駆動部、及び／又は、前記第二のバネ駆動部を前記駆動電極側に変位させ、前記第一のバネ駆動部の絶縁部以外の部分と前記切換部とを接触させることにより、前記第一のバネ駆動部の絶縁部以外の部分を前記切換部を用いて導通させて、高周波信号の切換を行うことを特徴とする高周波スイッチ。
10. 高周波スイッチにおいて、第一線路と第二線路と駆動電極を同一層内に有し、
    前記第一線路は固定されており、
    前記第二線路は、前記第一線路の隣接に対向配置された切換部を有する、前記駆動電極の隣接に配置された前記駆動電極側に弾性変位可能なバネ駆動部を有し、
    前記第一線路の中間部付近は絶縁されており、前記バネ駆動部と前記駆動電極の間に生じさせた静電力によって前記バネ駆動部を前記駆動電極側に変位させ、前記第一線路の絶縁部以外の部分と前記切換部とを接触させることにより、前記第一線路の絶縁部以外の部分を前記切換部を用いて導通させて、高周波信号の切換を行うことを特徴とする高周波スイッチ。

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