JP2008300301A - マイクロスイッチ及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特別な不都合を生ずることなく、駆動電圧を小さくする。
【解決手段】可動板１２は、基板１１に対して上下動し得るように板ばね部１４により支持される。可動板１２の上方に、基板１１に対して固定された固定板１３が配置される。基板１１上の固定側駆動電極３２が相対的に下で、板ばね部１４に設けられた可動側駆動電極３３が相対的に上に配置される。固定板１３の電気接点１３５が相対的に上で、可動板１２の電気接点１３６が相対的に下に配置される。これにより、駆動電極３２，３３間に生ずる静電力が電気接点１３５，１３６間の間隔が拡がる方向に生ずるように、駆動電極３２，３３及び電気接点１３５，１３６が配置される。駆動電極３２，３３間に静電力が生じない場合は電気接点１３５，１３６が互いに接触する。駆動電極３２，３３間に静電力が生ずると、電気接点１３５，１３６が互いに離れる。
【選択図】図２

Description

本発明は、いわゆるＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical System）スイッチなどのマイクロスイッチ及びその駆動方法に関するものである。このマイクロスイッチには、例えば無線通信装置やＲＦ測定装置等において用いられる高周波スイッチ（ＲＦスイッチ）の他、直流や低周波の信号をスイッチングするスイッチも含まれる。

携帯電話機などの無線通信技術の進展に伴い、高周波回路等で用いるスイッチの重要性が高まっている。従来は、このようなスイッチとして、ＰＩＮ−ＤＩＯＤＥやＭＯＳ−ＦＥＴなど半導体デバイスが用いられていた。

しかしながら、昨今の無線通信技術の進化により、使用される周波数がＧＨｚ〜数１０ＧＨｚと大きく増加しているため、従来の半導体デバイスにおいては、高周波数化に伴う、低Ｑによる伝送損失が問題となっている。また、例えば将来の携帯端末においては、１台の端末でさまざまな周波数帯をカバーする必要性があり、それらの周波数帯を切り替えるための必要なスイッチ数も増大する傾向にあるが、この点においても半導体デバイスの高消費電力が課題となっている。

そこで、ＲＦスイッチとして、さまざまなＭＥＭＳスイッチが提案されている。ＭＥＭＳ型ＲＦスイッチでは、ＭＥＭＳ技術によりスイッチングを行うため、伝送損失を十分に低く抑えることができる。

ＭＥＭＳ型ＲＦスイッチには、いわゆる直列結合抵抗型スイッチ（以下直列型スイッチと略す）と並列結合容量型スイッチ（以下並列型スイッチと略す）とがある。直列型スイッチは、伝送線路に対して直列的に設けられたものであり、固定部の電気接点と可動部の電気接点との間が接離することでスイッチング動作を行う。直列型スイッチは、ＲＦスイッチとして用いることができるのみならず、直流や低周波の信号をスイッチングするスイッチとしても用いることができる。並列型スイッチは、高周波伝送線路に対して並列的に設けられた容量を有するものであり、可動部の位置を変えることで前記容量を変化させ、前記容量の大小に応じて、入力された高周波信号を接地導体にシャントする状態（オフ状態）とシャントしない状態（オン状態）とを切り替えることで、伝送線路を流れる高周波信号のスイッチング動作を行う。例えば、直列型スイッチの例が下記特許文献１に開示され、並列型スイッチの例が下記特許文献２に開示されている。

そして、ＭＥＭＳスイッチでは、スイッチング動作に伴う可動部の駆動を静電力によって行う静電駆動方式を採用することで、より消費電力の低い素子を提供できる。
特開平５−２９７６号公報 特開２００４−６３１０号公報

しかしながら、静電駆動方式を採用した従来のＭＥＭＳ型ＲＦスイッチでは、直列型スイッチ及び並列型スイッチのいずれであっても、高い駆動電圧を要していた。これらの点について、直列型スイッチの場合と並列型スイッチの場合とに分けて、以下に説明する。なお、直列型スイッチの場合は、ＲＦスイッチとして用いる場合のみならず、直流や低周波の信号をスイッチングするスイッチとして用いる場合も同様である。

静電駆動方式を採用した従来の直列型スイッチでは、板ばねである可動部に可動駆動電極及び可動電気接点が設けられ、基板に固定駆動電極及び固定電気接点が設けられ、両駆動電極間の印加電圧により両駆動電極間に静電力が可動部のバネ力に抗するように生ずる。これらの電極及び接点は、両駆動電極間に生ずる静電力が、両接点間の間隔が狭まる方向に生ずるように、配置されている。両駆動電極間に、両駆動電極間に生ずる静電力が板ばねの復元力よりも大きくなるような所定電圧（プルイン電圧）を印加すると、両接点間が接触して当該スイッチがオン状態となる。詳しくは、可動部のバネ力は、フックの法則に従い、両駆動電極間の間隔が初期間隔から変化した量に比例する。一方、前記静電力は、両駆動電極間の電圧の２乗に比例しかつ両駆動電極間の間隔の２乗に反比例する。従って、板ばねの復元力に抗するために十分な静電力を発生させるためには、両駆動電極間の間隔を十分近づけるまでの電圧を印加して、プルインさせる必要がある。一方、両駆動電極間に電圧を印加せずに両駆動電極間に静電力を生じさせないと、バネの復元力により可動部が初期の位置まで戻り、両接点間が離れて当該スイッチがオフ状態となる。このように、両駆動電極間の電圧を制御することで、当該スイッチのオンオフを切り替えることができる。

このような従来の直列型スイッチでは、電気接点同士が接触した状態（オン状態）においては、両電気接点間の信号の通過損失（接触抵抗による損失）が発生する。この通過損失をできるだけ低減するために、一般には、オン時の静電力を大きくし、両接点間の接触圧を大きくする手法を採用する。また、オン状態から電圧開放した際に可動駆動電極は直ぐには固定駆動電極側から離れず、プルイン電圧よりも小さい電圧で解放される。可動駆動電極の印加電圧−変位曲線を調べると、一般に印加電圧よりも解放電圧が低いヒステリシス曲線を描く。つまり、プルイン電圧が小さくてすむように板ばねのバネ定数を小さく設計しすぎると、プルイン状態であった可動電極が固定駆動電極側から解放される解放電圧も、そのバネ定数に応じた小さい値となる。これは、もし実際の解放電圧がばらつくと、可動電気接点が固定電気接点から離れず、スイッチとしての機能を果たさないことを意味する。従って、通常は、確実に電気接点を解放できるように、可動部のバネの復元力を大きくする。このように、従来の直列型スイッチでは、信号通過特性や信頼性の観点からは、設計駆動電圧を大きくせざるを得なかった。

静電駆動方式を採用した従来の並列型スイッチでは、板ばねである可動部に可動駆動電極及び可動容量電極が設けられ、基板に固定駆動電極及び固定容量電極が設けられ、両駆動電極間の印加電圧により両駆動電極間に静電力が可動部のバネ力に抗するように生ずる。これらの電極は、両駆動電極間に生ずる静電力が両容量電極間の間隔が狭まる方向に生ずるように配置されている。両容量電極間の容量は、高周波伝送線路に対して並列的に設けられている。両駆動電極間に、両駆動電極間に生ずる静電力が板ばねの復元力よりも大きくなるような所定電圧（プルイン電圧）を印加すると、両容量電極間の間隔が最も狭まって、両容量電極間の容量が最大となって、入力された高周波信号が接地導体にシャントされ、当該スイッチがオフ状態となる。一方、両駆動電極間に電圧を印加せずに両駆動電極間に静電力を生じさせないと、バネの復元力により可動部が初期の位置まで戻り、両容量電極間が大きくなって、両容量電極間の容量が小さくなり、入力された高周波信号が接地導体にシャントされずに伝送され、当該スイッチがオン状態となる。このように、両駆動電極間の電圧を制御することで、当該スイッチのオンオフを切り替えることができる。

このような従来の並列型スイッチでは、オン時の両容量電極間の間隔が大きい方が当該スイッチによる挿入損失を下げることができるとともに、オフ時の両容量電極間の間隔をなるべく狭くした方が高周波信号の遮断特性（アイソレーション）を上げることができる。このため、初期の両容量電極間の間隔を大きくする。その結果、初期の両駆動電極間の間隔を大きくすることになる。これは、駆動電圧を上昇させる原因となる。このように、従来の並列型スイッチでは、信号通過特性の観点からは、設計駆動電圧を大きくせざるを得なかった。

以上の通り、静電駆動方式を採用した従来のＭＥＭＳ型ＲＦスイッチでは、直列型スイッチ及び並列型スイッチのいずれであっても、信号通過特性や信頼性の観点からは、高い駆動電圧を要していた。したがって、従来のスイッチは、数Ｖ程度以下の低い電圧で駆動することが要求される携帯端末などに対して搭載するのが困難であった。また、直列型スイッチの場合は、ＲＦスイッチとして用いる場合のみならず、直流や低周波の信号をスイッチングするスイッチとして用いる場合も同様である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、静電駆動方式を採用するにも拘わらず、特別な不都合を生ずることなく、駆動電圧を小さくすることができるマイクロスイッチ及びその駆動方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の第１の態様によるマイクロスイッチは、固定部と、該固定部に対して移動し得るとともに所定位置に復帰しようとするバネ力が生ずるように設けられた可動部とを備え、前記固定部は第１の駆動電極部及び第１の電気接点部を有し、前記可動部は第２の駆動電極部及び第２の電気接点部を有し、前記第１及び第２の駆動電極部間に印加される電圧により前記第１及び第２の駆動電極部間に静電力が前記バネ力に抗するように生じ、前記第１及び第２の駆動電極部間に生ずる前記静電力が前記第１及び第２の電気接点部間の間隔が拡がる方向に生ずるように、前記第１及び第２の駆動電極部及び前記第１及び第２の電気接点部が配置され、前記第１及び第２の駆動電極部間に所定の大きさの前記静電力が生じている状態において前記第１及び第２の電気接点部間に一定の間隔が生ずる一方、前記第１及び第２の駆動電極部間に前記静電力が生じていない状態において前記第１及び第２の電気接点部が互いに接触するものである。前記可動部は、薄膜で構成してもよい。

本発明の第２の態様によるマイクロスイッチの駆動方法は、前記第１の態様によるマイクロスイッチを駆動する方法であって、前記第１及び第２の電気接点部間に間隔を生じさせている定常的な状態において、前記第１及び第２の駆動電極部間にその間がプルインされない電圧を印加するものである。

本発明の第３の態様によるマイクロスイッチは、固定部と、該固定部に対して移動し得るとともに所定位置に復帰しようとするバネ力が生ずるように設けられた可動部とを備え、前記固定部は第１の駆動電極部及び第１の容量電極部を有し、前記可動部は、第２の駆動電極部及び第２の容量電極部を有し、前記第１及び第２の駆動電極部間に印加される電圧により前記第１及び第２の駆動電極部間に静電力が前記バネ力に抗するように生じ、前記第１及び第２の容量電極部間の容量が高周波信号伝送部と接地導体との間の容量をなすように、前記第１及び第２の容量電極部が設けられ、前記第１及び第２の容量電極部間の容量の大小に応じて、高周波信号伝送部を流れる高周波信号のスイッチング動作を行い、前記第１及び第２の駆動電極部間に生ずる前記静電力が前記第１及び第２の容量電極部間の間隔が拡がる方向に生ずるように、前記第１及び第２の駆動電極部及び前記第１及び第２の容量電極部が配置されたものである。前記可動部は、薄膜で構成してもよい。

本発明の第４の態様によるマイクロスイッチは、前記第３の態様において、前記第１及び第２の駆動電極部間に前記静電力が生じていない状態において、前記第１及び第２の容量電極部間の間隔が前記第１及び第２の駆動電極部間の間隔よりも狭いものである。

本発明の第５の態様によるマイクロスイッチは、前記第３又は第４の態様において、前記固定部又は前記可動部に、前記第１及び第２の容量電極部間の最小間隔を規定する突起が設けられたものである。

本発明の第６の態様によるマイクロスイッチの駆動方法は、前記第３乃至第５のいずれかの態様によるマイクロスイッチを駆動する方法であって、前記第１及び第２の容量電極部間の容量を小さくしている定常的な状態において、前記第１及び第２の駆動電極部間にその間がプルインされない電圧を印加するものである。

本発明によれば、静電駆動方式を採用するにも拘わらず、信号通過特性を犠牲にしたり信頼性を犠牲にしたりするなどの特別な不都合を生ずることなく、駆動電圧を小さくすることができるマイクロスイッチ及びその駆動方法を提供することができる。

以下、本発明によるマイクロスイッチ及びその駆動方法について、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態によるマイクロスイッチ（本実施の形態では、ＭＥＭＳスイッチ）１を模式的に示す概略平面図である。図２及び図３はそれぞれ図１中のＹ１−Ｙ２−Ｙ３−Ｙ４線に沿った断面を−Ｘ側から＋Ｘ側に見た概略断面図である。図２は、駆動電極３２，３３間に静電力が生じていない状態を示している。図３は駆動電極３２，３３間に静電力が生じている状態を示している。図４は、図１中のＹ５−Ｙ６線に沿った概略断面図である。図５は、図１中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図である。

説明の便宜上、図１乃至図５に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する。マイクロスイッチ１の基板１１の面がＸＹ平面と平行となっている。また、Ｚ軸方向のうち矢印の向きを＋Ｚ方向又は＋Ｚ側、その反対の向きを−Ｚ方向又は−Ｚ側と呼び、Ｘ軸方向及びＹ軸方向についても同様とする。なお、Ｚ軸方向の＋側を上側、Ｚ軸方向の−側を下側という場合がある。

なお、以下に説明する材料等は例示であり、その材料等に限定されるものでない。

本実施の形態によるマイクロスイッチ１は、直列型スイッチとして構成され、シリコン基板等の基板１１と、基板１１の上方に配置された可動板１２と、可動板１２の上方に可動板１２と対向するように配置された固定板１３とを備えている。可動板１２及び固定板１３の他、基板１１以外の後述する各構成要素は、薄膜で構成されている。

本実施の形態では、可動板１２は、４本の短冊状の板ばね部１４によって支持されている。各板ばね部１４の一端が接続部１５を介して可動板１２に接続されている。接続部１５は、図１に示すように、幅が狭く構成されることで、ある程度機械的な自由度を持っている。各板ばね部１４の他端は、基板１１上に形成されたＡｌ膜からなる配線パターン１６（図１では省略）を介して基板１１から立ち上がる立ち上がり部を持つ脚部（アンカー部）１７によって、基板１１に固定されている。配線パターン１６は、基板１１に形成された絶縁膜をなす下側のＳｉＮ膜（シリコン酸化膜）１８と保護膜をなす上側のＳｉＮ膜１９との間に、形成されている。各配線パターン１６のうちの１つの配線パターン１６は、高周波信号を伝送する伝送線２００ａとなっており、図示しない高周波回路に接続される。本実施の形態では、図１に示すように、伝送線２００ａの両側にＡｌ膜からなる接地導体パターン２０１が形成され、これらによってコプレーナ伝送線が構成されている。接地導体パターン２０１もＳｉＮ膜１８，１９間に形成されている。接地導体パターンは、接地される導体パターンである。

各板ばね部１４は、後述する駆動電極３２，３３間に静電力が生じていない場合、図２に示すように上方に（＋Ｚ方向）湾曲している。本実施の形態では、可動板１２、板ばね部１４及び接続部１５が、基板１１等の固定部に対して上下方向へ移動し得るとともに図２に示す上側位置に復帰しようとするバネ力が生ずるように設けられた可動部を、構成している。４組の板ばね部１４、接続部１５及び脚部１７が、可動板１２に対して図１に示すように配置されることによって、可動板１２は基板１１に対して平行な状態を保ったまま上下動し得るようになっている。可動板１２、板ばね部１４及び接続部１５以外の要素（基板１１、固定板１３等）が、固定部を構成している。

可動板１２は、図２及び図３に示すように、下側から順に積層されたＳｉＮ膜２１、Ａｌ膜２２、Ａｌ膜２３及びＳｉＮ膜２４で構成されている。ただし、上側のＳｉＮ膜２４には、後述する固定板１３の電気接点１３５に対応する箇所に、可動板１２の電気接点１３６を露出するための開口が形成されている。ここでは、可動板１２におけるＡｌ膜２２，２３を、可動板導体部３１と呼ぶ。可動板１２の周囲付近には、図２及び図３に示すように、補強のための段差１２ａが形成されている。

接続部１５は、図２及び図３に示すように、下側から順に積層されたＳｉＮ膜２８、可動板１２からそのまま連続して延びたＡｌ膜２３、及び、可動板１２からそのまま連続して延びたＳｉＮ膜２４で構成されている。

板ばね部１４は、下側から順に積層されたＳｉＮ膜２５、Ａｌ膜２６、接続部１５からそのまま連続して延びたＡｌ膜２３、及び、接続部１５からそのまま連続して延びたＳｉＮ膜２４で構成されている。これらの膜２５，２６，２３，２４の内部応力によって、板ばね部１４は、後述する駆動電極３２，３３間に静電力が生じていない場合、図２に示すように上方に（＋Ｚ方向）湾曲している。

板ばね部１４の下方には、板ばね部１４と対向する領域において、Ａｌ膜からなる固定側駆動電極（第１の駆動電極）３２が形成されている。固定側駆動電極３２は、基板１１上のＳｉＮ膜１８，１９間に形成されている。板ばね部１４におけるＡｌ膜２３，２４、特に固定側駆動電極３２と対向する領域のＡｌ膜２３，２４が、可動側駆動電極（第２の駆動電極）３３を構成している。駆動電極３２，３３間に電圧を印加すると、駆動電極３２，３３間に静電力が生ずるため、図３に示すように、可動部（板ばね部１４、接続部１５及び可動板１２）は、下方へ移動し、その静電力と板ばね部１４によるバネ力とが釣り合った位置で停止する。

脚部１７は、板ばね部１４を構成するＳｉＮ膜２５、Ａｌ膜２６、Ａｌ膜２３、ＳｉＮ膜２４がそのまま連続して延びることによって構成されている。Ａｌ膜２６は、脚部１７においてＳｉＮ膜２５に形成された開口を介して配線パターン１６（そのうちの１つは、伝送線２００ａ）に電気的に接続されている。脚部１７の立ち上がった周囲付近には、図２及び図３に示すように、補強のための段差１７ａが形成されている。

以上の説明からわかるように、本実施の形態では、可動板導体部３１及び駆動電極３３は、互いに電気的に共通に接続され、脚部１７において配線パターン１６（そのうちの１つは、伝送線２００ａ）に接続されている。

固定板１３は、図１乃至図３に示すように可動板１２の上方に可動板１２と対向するように配置され、図１及び図４に示すように４つの支持部４１によって基板１１に対して動かないように基板１１に固定されている。固定板１３は、基本的に、Ａｌ膜２７からなる固定板導体部３４で構成されている。固定板１３には、下方に突出したＡｌ膜２７からなる電気接点１３５が設けられている。なお、固定板導体部３４の上面及び下面には、電気接点１３５の箇所を除いてＳｉＮ膜を形成してもよい。電気接点１３５は、後述するように、可動板１２の電気接点１３６と接離する。本実施の形態では、可動板１２の電気接点１３６は、可動板導体１２における固定板１３の電気接点１３５と接離する箇所（具体的には、電気接点１３５に対応してＳｉＮ膜２４に形成された開口を介して接点１３５と対向するＡｌ膜２３の箇所）である。したがって、可動板１２の電気接点１３６は、可動板導体部３１、接続部１５、板ばね部１４及び脚部１７を介して、伝送線２００ａと電気的に接続されている。

各支持部４１は、基板１１から立ち上がる立ち上がり部を持つ２つの脚部（アンカー）４１ａと、これらの脚部４１ａによって基板１１に対して固定された支持本体４１ｂと、支持本体４１ｂと固定板１３とを接続する接続部４１ｃとを有している。図４に示すように、接続部４１ｃは、固定板１３の固定板導体部３４を構成するＡｌ膜２７がそのまま連続して延びることによって構成されている。支持本体４１ｂは、下側から順に積層されたＳｉＮ膜５１、Ａｌ膜５２、Ａｌ膜５３、ＳｉＮ膜５４、及び、接続部４１ｃからそのまま連続して延びたＡｌ膜２７で構成されている。なお、ＳｉＮ膜５４とＡｌ膜２７との間には、空隙９１が形成されている。脚部４１ａは、支持本体４１ｂを構成するＳｉＮ膜５１、Ａｌ膜５２、Ａｌ膜５３、Ａｌ膜２７がそのまま連続して延びることによって構成されている。脚部４１ａの立ち上がった周囲付近には、補強のための段差が形成されている。

図１及び図５に示すように、固定板１３の固定板導体部３４は、接続部６１を介して、高周波信号を伝送する伝送線２００ｂと電気的に接続されている。伝送線２００ｂは、基板１１上のＳｉＮ膜１８，１９間に形成されたＡｌ膜からなる配線パターンであり、図示しない高周波回路に接続される。本実施の形態では、伝送線２００ｂの両側にＡｌ膜からなる接地導体パターン２０１が形成され、これらによってコプレーナ伝送線が構成されている。

接続部６１は、伝送線２００ｂを介して基板１１から立ち上がる立ち上がり部を持つ脚部（アンカー部）６１ａと、−Ｘ側の端部が脚部６１ａを介して基板１１に固定された１段目の接続板部６１ｂと、接続板部６１ｂの＋Ｘ側の箇所から立ち上がる立ち上がり部を持つ脚部６１ｃと、−Ｘ側の端部が脚部６１ｃを介して接続板部６１ｂに固定されるとともに＋Ｘ側の端部が固定板１３の−Ｘ側に接続された２段目の接続板部６１ｄとを有している。

図５に示すように、接続板部６１ｄ及び脚部６１ｃは、固定板１３の固定板導体部３４を構成するＡｌ膜２７がそのまま連続して延びることによって構成されている。接続板部６１ｂは、下側から順に積層されたＳｉＮ膜７１、Ａｌ膜７２、Ａｌ膜７３及びＳｉＮ膜７４で構成されている。脚部６１ｃのＡｌ膜２７は、接続板部６１ｂにおいて、ＳｉＮ膜７４に形成された開口を介してＡｌ膜７３（ひいては、Ａｌ膜７２）に電気的に接続されている。脚部６１ａは、接続板部６１ｂを構成するＳｉＮ膜７１、Ａｌ膜７２、Ａｌ膜７３、ＳｉＮ膜７４がそのまま連続して延びることによって構成されている。Ａｌ膜７２は、脚部６１ａにおいてＳｉＮ膜７１に形成された開口を介して伝送線２００ｂに電気的に接続されている。

以上の説明からわかるように、本実施の形態では、固定板１３の電気接点１３５は、固定板１３の固定板導体部３４及び接続部６１を介して、伝送線２００ｂと電気的に接続されている。

ここで、高周波信号に着目した本実施の形態によるマイクロスイッチ１の電気回路図を、図６に示す。図６からもわかるように、固定板の電気接点１３５と可動板１２の電気接点１３６とが接離することで、両接点１３５，１３６間が導通・遮断し、これにより、一方の伝送線２００ａに入力された高周波信号の、他方の伝送線２００ｂへの伝送が、オンオフされる。なお、電気接点１３５の方を突出させずに電気接点１３６の方を突出させたり、両接点１３５，１３６共に突出させたりしてもよいことは、言うまでもない。

本実施の形態では、駆動電極３２，３３間に静電力が生じていない場合、図２に示すように、可動板１２の電気接点１３６が固定板１３の電気接点１３５に当接し、しかもその際に板ばね部１４のバネ力により電気接点１３６が電気接点１３５に押し付けられる力（接触圧）は、挿入損失（接点１３５，１３６間の接触抵抗による損失）が十分に小さくなるように、板ばね部１４の応力等が設定されている。

駆動電極３２，３３間に電圧を印加せずにそれらの間に静電力が生じていない状態では、図２に示すように、可動板１２の電気接点１３６と固定板１３の電気接点１３５とが、一定の接触圧で接触する。その結果、このマイクロスイッチ１はオン状態となり、一方の伝送線２００ａに入力された高周波信号は、電気接点１３５，１３６を介して、他方の伝送線２００ｂに流れる。駆動電極３２，３３間に電圧を印加してそれらの間に静電力を生じさせると、図３に示すように、可動部（板ばね部１４、接続部１５及び可動板１２）が下方へ移動し、可動板１２の電気接点１３６が固定板１３の電気接点１３５から離れる。その結果、このマイクロスイッチ１はオフ状態となり、伝送線２００ａから伝送線２００ｂへ高周波信号が流れなくなる。

先の説明からわかるように、本実施の形態では、固定側駆動電極３２が相対的に下で可動側駆動電極３３が相対的に上に配置されているのに対し、固定側電気接点１３５が相対的に上で可動側電気接点１３６が相対的に下で配置されており、駆動電極３２，３３と電気接点１３５，１３６とで、固定側と可動側の上下の位置関係が逆になっている。本実施の形態では、これにより、駆動電極３２，３３間に生ずる静電力が電気接点１３５，１３６間の間隔が拡がる方向に生ずるように、電極３２，３３及び電気接点１３５，１３６が配置されている。

したがって、本実施の形態では、当該マイクロスイッチ１がオン状態からオフ状態になるとき、原理的には、駆動電極３２，３３間の印加電圧がプルイン電圧よりはるかに低い領域においても、可動部（板ばね部１４、接続部１５及び可動板１２）が下方へ移動さえすれば、電気接点１３５，１３６間が離れるため、スイッチング機能を果たすことが可能である。オフ時の電気接点１３５，１３６間の間隔の大きさが高周波信号のアイソレーション性能を決めるが、このアイソレーションを十分に保つだけの可動距離を設計することによって、プルイン現象を利用しないでスイッチングすることができる。具体的には、図２に示す状態の駆動電極３２，３３間の距離（より厳密には、固定板１３がないと仮定した状態で、駆動電極３２，３３間に静電力が生じていない場合の、駆動電極３２，３３間の距離）の約３分の１の距離以下の距離が、アイソレーションを保てる距離となるように設計すればよい。

このように、本実施の形態によれば、駆動電極３２，３３と電気接点１３５，１３６とで固定側と可動側の上下の位置関係が逆になっているので、プルイン現象を利用しなくても、挿入損失が増大してしまうような特別な不都合を生ずることなく、スイッチング動作を行うことができる。したがって、本実施の形態によれば、特別な不都合を生ずることなく、プルイン電圧よりも低い駆動電圧でスイッチング動作を行うことができる。本実施の形態によるマイクロスイッチ１を駆動する場合、オフ状態にするべく電気接点１３５，１３６間に間隔を生じさせる際に及びその後にその間隔を生じさせている定常的な状態において、駆動電極３２，３３間にその間がプルインされない電圧（プルイン電圧よりも低い駆動電圧）を印加する。

次に、本実施の形態によるマイクロスイッチ１の製造方法の一例について、図７乃至図１４を参照して簡単に説明する。図７乃至図１４は、この製造方法の各工程をそれぞれ模式的に示す概略断面図であり、図２及び図３のほぼ左側半分に対応している。

まず、シリコン基板１１の上面に熱酸化によってＳｉＮ膜１８を成膜し、その上にＡｌ膜を蒸着又はスパッタ法等によりデポした（図７（ａ））後に、フォトリソエッチング法により、そのＡｌ膜を固定側駆動電極３２、伝送線２００ａ，２００ｂ、接地導体パターン２０１、配線パターン１６及びその他の配線パターンの形状にパターニングする（図７（ｂ））。

次いで、図７（ｂ）に示す状態の基板の上に、ＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤ法などによりデポジションし、所定のフォトリソエッチング工程を施して、そのＳｉＮ膜を前記ＳｉＮ膜１９の形状にパターニングする（図８（ａ））。その後、犠牲層となるフォトレジスト１０１，１０２をコーティングし、これらのフォトレジスト１０１，１０２に所定のフォトリソエッチング工程を施す（図８（ｂ））。

引き続いて、補強用の段差を形成するための犠牲層となるフォトレジスト１０３をコーティングし、これに所定のフォトリソエッチング工程を施す（図９（ａ））。

その後、図９（ａ）に示す状態の基板の上に、ＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤ法などによりデポジションし、所定のフォトリソエッチング工程を施して、そのＳｉＮ膜を前記ＳｉＮ膜２１，２５，５１，７１の形状にパターニングする（図９（ｂ））。

次に、図９（ｂ）に示す状態の基板の上に、Ａｌ膜をスパッタリングなどにより成膜し、そのＡｌ膜を前記Ａｌ膜２２，２６，５２，７２の形状にパターニングする（図１０（ａ））。

次いで、図１０（ａ）に示す状態の基板の上に、ＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤ法などによりデポジションし、所定のフォトリソエッチング工程を施して、そのＳｉＮ膜を接続部１５の下側のＳｉＮ膜２８の形状にパターニングする（図１０（ｂ））。

引き続いて、図１０（ｂ）に示す状態の基板の上に、Ａｌ膜をスパッタリングなどにより成膜し、そのＡｌ膜を前記Ａｌ膜２３，５３，７３の形状にパターニングする（図１１（ａ））。

その後、図１１（ａ）に示す状態の基板の上に、ＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤ法などによりデポジションし、所定のフォトリソエッチング工程を施して、そのＳｉＮ膜を前記ＳｉＮ膜２１，２５，５４，７４の形状にパターニングする（図１１（ｂ））。

次に、穴埋めのため、犠牲層となるフォトレジスト１０４をコーティングし、これに所定のフォトリソエッチング工程を施す（図１２（ａ））。

次いで、犠牲層となるフォトレジスト１０５をコーティングし、これに所定のフォトリソエッチング工程を施す（図１２（ｂ））。

引き続いて、補強用の段差を形成するための犠牲層となるフォトレジスト１０６をコーティングし、これに所定のフォトリソエッチング工程を施す（図１３）。

その後、図１３に示す状態の基板の上に、Ａｌ膜をスパッタリングなどにより成膜し、そのＡｌ膜を前記Ａｌ膜２７の形状にパターニングする（図１４（ａ））。

最後に、犠牲層であるフォトレジスト１０１〜１０６を酸素プラズマでアッシング除去する（図１４（ｂ））。これにより、本実施の形態によるマイクロスイッチ１が完成する。なお、フォトレジスト１０１〜１０６の除去によって、板ばね部１４は図２に示すように上方へ湾曲するが、理解を容易にするため、図１４（ｂ）では板ばね部１４は湾曲しないものとして示している。

なお、フォトレジスト１０１〜１０６の除去後に前記膜２３〜２６の内部応力によって板ばね部１４が図２に示すように上方に湾曲するように、各膜２３〜２６の成膜条件等を設定する。

なお、図面には示していないが、フォトレジスト１０１〜１０６の除去を完全に行うことができるように、適当な箇所にエッチング用の孔を設けておく。例えば、固定板１３の固定板導体部３４を構成するＡｌ膜２７には、エッチング用の孔を設けておく。

なお、支持部４１及び接続部６１は、図７乃至図１４には示していないが、先の説明からわかるように、図７乃至図１４に示す工程と並行して同時に形成される。

本実施の形態によれば、前述したように、挿入損失が増大してしまうような特別な不都合を生ずることなく、従来に比べて低い駆動電圧（プルイン電圧よりも低い駆動電圧）でスイッチング動作を行うことができるという利点が得られる。

なお、本実施の形態によるマイクロスイッチ１は、高周波スイッチとしてのみならず、直流や低周波の信号をスイッチングするスイッチとしても用いることができる。

［第２の実施の形態］

図１５は、本発明の第２の実施の形態によるマイクロスイッチ（本実施の形態では、ＭＥＭＳスイッチ）３０１を模式的に示す概略平面図である。図１６及び図１７はそれぞれ図１５中のＹ７−Ｙ８線に沿った概略断面図である。図１６は、駆動電極３２，３３間に静電力が生じていない状態を示している。図１７は駆動電極３２，３３間に静電力が生じている状態を示している。図１５中のＹ９−Ｙ１０線に沿った断面は、図１中のＹ５−Ｙ６線に沿った断面（図４参照）と同一となる。図１５中のＸ３−Ｘ４線に沿った断面は、図１中のＸ１−Ｘ２線に沿った断面（図５参照）と同一となる。図１５中のＸ６−Ｘ７線に沿った断面は、図１中のＸ１−Ｘ２線に沿った断面（図５参照）と同様となるが、伝送線２００ｂに代えて伝送線２００ｃが現れる。図１５乃至図１７において、図１乃至図５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態によるマイクロスイッチ３０１は、前記第１の実施の形態によるマイクロスイッチ１を改変して、並列型スイッチとして構成したものである。本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。

本実施の形態では、可動板１２の可動板導体部３１（可動板１２におけるＡｌ膜２２，２３）は、可動側容量電極（第２の容量電極）となっている。固定板１３の固定板導体部３４は、固定側容量電極（第１の容量電極）となっており、両者の間に容量（可変容量）が形成される。よって、本実施の形態の説明では、可動板導体部３１を可動側容量電極３１と呼び、固定板導体部３４を固定側容量電極３４と呼ぶ場合がある。固定板１３には電気接点１３５が設けられていないとともに、それに伴い可動板１２にも電気接点１３６は存在せず、可動板導体部３１と固定板導体部３４とが電気的に接触することはない。

本実施の形態では、固定板１３には、下方に突出したＡｌ膜からなる突起３５が設けられている。突起３５と固定側容量電極３４との間を電気的に絶縁するために、固定側容量電極３４と突起３５との間にＳｉＮ膜からなる突起保持部材３６が設けられている。図１６からわかるように、突起３５は、可動板１２と当接することで、可動側容量電極３１と固定側容量電極３４との間の最小間隔を規定するようになっている。突起３５によって固定板１３と可動板１２との間の接触面積が小さくなるので、固定板１３と可動板１２とが貼り付いて離れなくなってしまうスティッキングと呼ばれる現象が生ずるおそれを低減することができる。もっとも、本発明では、突起３５は必ずしも設ける必要はない。なお、このような突起は可動板１２側に設けてもよい。なお、可動板１２におけるＳｉＮ膜２４には、突起３５に対応する箇所に開口が形成されている。

前記第１の実施の形態では、各配線パターン１６のうちの１つの配線パターン１６が高周波信号を伝送する伝送線２００ａとなっているのに対し、本実施の形態では、その代わりに、その配線パターン１６は接地導体パターン２０２となっている。よって、本実施の形態では、可動側容量電極３１は接地導体パターン２０２に電気的に接続されている。

また、前記第１の実施の形態では、固定板１３の固定板導体部３４の−Ｘ側部分が接続部６１を介して、高周波信号を伝送する伝送線２００ｂと電気的に接続されているのみであったが、本実施の形態では、それに加えて、固定板１３の固定板導体部３４の＋Ｘ側部分が接続部６１を介して、高周波信号を伝送する伝送線２００ｃと電気的に接続されている。伝送線２００ｃは、基板１１上のＳｉＮ膜１８，１９間に形成されたＡｌ膜からなる配線パターンであり、図示しない高周波回路に接続される。本実施の形態では、伝送線２００ｃの両側にＡｌ膜からなる接地導体パターン２０１が形成され、これらによってコプレーナ伝送線が構成されている。

ここで、高周波信号に着目した本実施の形態によるマイクロスイッチ３０１の電気回路図を、図１８に示す。図１８からもわかるように、本実施の形態によるマイクロスイッチ３０１は高周波伝送線路に対して並列的に設けられた容量を有し、可動側容量電極３１の位置を変えることで容量電極３１，３４間の容量を変化させ、前記容量の大小に応じて、一方の伝送線２００ａに入力された高周波信号を接地導体パターン２０２にシャントする状態（オフ状態）とシャントしない状態（オン状態）とを切り替える。これにより、一方の伝送線２００ｃに入力された高周波信号の、他方の伝送線２００ｂへの伝送が、オンオフされる。

本実施の形態では、駆動電極３２，３３間に静電力が生じていない場合、図２に示すように、可動板１２が固定板１３の突起３５に当接し、しかもその際に板ばね部１４のバネ力により可動板１２が突起３５に押し付けられる力は比較的小さくなるように、板ばね部１４の応力等が設定されている。そして、本実施の形態では、この図２に示す状態において、容量電極３１，３４間の間隔が十分に小さくなるように設計されている。オフ状態のときに高周波信号を十分にシャントしてアイソレーションを十分に大きくするためには、駆動電極３２，３３間に静電力が生じていない状態における容量電極３１，３４間の容量は大きいほど好ましく、したがって、駆動電極３２，３３間に静電力が生じていない状態における容量電極３１，３４間の間隔は狭ければ狭いほど好ましい。したがって、この間隔は、少なくとも、駆動電極３２，３３間の間隔（本実施の形態では、平均間隔）よりも狭いことが好ましい。

駆動電極３２，３３間に電圧を印加せずにそれらの間に静電力が生じていない状態では、図２に示すように、容量電極３１，３４間の間隔が十分に小さくなり、容量電極３１，３４間の容量が十分に大きくなる。その結果、このマイクロスイッチ３０１はオフ状態となり、一方の伝送線２００ｃに入力された高周波信号は、容量電極３１，３４間の容量によって接地導体パターン２０２へシャントされ、他方の伝送線２００ｂへ流れなくなる。駆動電極３２，３３間に電圧を印加してそれらの間に静電力を生じさせると、図３に示すように、可動部（板ばね部１４、接続部１５及び可動板１２）が下方へ移動し、容量電極３１，３４間の間隔が大きくなり、容量電極３１，３４間の容量が小さくなる。その結果、このマイクロスイッチ３０１はオン状態となり、一方の伝送線２００ｃに入力された高周波信号は、容量電極３１，３４間の容量によって接地導体パターン２０２へシャントされなくなり、他方の伝送線２００ｂへ流れる。

先の説明からわかるように、本実施の形態では、固定側駆動電極３２が相対的に下で可動側駆動電極３３が相対的に上に配置されているのに対し、固定側容量電極３４が相対的に上で可動側容量電極３１が相対的に下で配置されており、駆動電極と容量電極とで、固定側と可動側の上下の位置関係が逆になっている。本実施の形態では、これにより、駆動電極３２，３３間に生ずる静電力が容量電極３１，３４間の間隔が拡がる方向に生ずるように、電極３２，３３及び容量電極３１，３４が配置されている。

したがって、本実施の形態では、オフ状態において、プルイン現象を利用することなく、容量電極３１，３４間の間隔を十分に狭くして、アイソレーションを十分に高めることができる。また、駆動電極３２，３３間に静電力が生じていない状態において、容量電極３１，３４間の間隔を十分に狭くして容量電極３１，３４間の容量を十分に大きくすることができるので、プルイン現象が生じない範囲内の駆動電圧を駆動電極３２，３３間に印加しても、その際に得られる容量と、駆動電極３２，３３間に静電力が生じていない状態で得られる容量との比は、十分に大きくなる。このことは、オン状態において、プルイン現象を利用しなくても、容量電極３１，３４間の容量を十分に小さくすることができることを意味する。したがって、本実施の形態では、オン状態において、プルイン現象を利用することなく、容量電極３１，３４間の容量を十分に小さくして、当該マイクロスイッチ３０１による挿入損失（オン状態で、一方の伝送線２００ｃから他方の伝送線２００ｂへ伝送されずに前記容量を介して接地導体パターン２０２へ流れる成分に相当。）を十分に下げることができる。

このように、本実施の形態によれば、駆動電極３２，３３と容量電極３１，３４とで固定側と可動側の上下の位置関係が逆になっているので、プルイン現象を利用しなくても、アイソレーションが低下したり挿入損失が増大したりするような特別な不都合を生ずることなく、スイッチング動作を行うことができる。したがって、本実施の形態によれば、特別な不都合を生ずることなく、プルイン電圧よりも低い駆動電圧でスイッチング動作を行うことができる。本実施の形態によるマイクロスイッチ３０１を駆動する場合、オン状態にするべく容量電極３１，３４間の容量を小さくする際に及びその後にその容量を小さくしている定常的な状態において、駆動電極３２，３３間にその間がプルインされない電圧（プルイン電圧よりも低い駆動電圧）を印加する。

次に、本実施の形態によるマイクロスイッチ３０１の製造方法の一例について、図１９及び図２０を参照して簡単に説明する。図１９及び図２０は、この製造方法の各工程をそれぞれ模式的に示す概略断面図であり、図１６及び図１７のほぼ左側半分に対応している。

まず、前述した図７（ａ）から図１３までのマイクロスイッチ１の製造工程と基本的に同様の工程を行う。図１９（ａ）はここまでの工程を経た状態を示している。

次に、図１９（ａ）に示す状態の基板の上に、Ａｌ膜をスパッタリングなどにより成膜し、そのＡｌ膜を前記Ａｌ膜２７及び突起３５の形状にパターニングする（図１９（ｂ））。

その後、図１９（ｂ）に示す状態の基板の上に、ＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤ法などによりデポジションし、所定のフォトリソエッチング工程を施して、そのＳｉＮ膜を前記突起保持部材３６の形状にパターニングする（図２０（ａ））。

最後に、犠牲層であるフォトレジスト１０１〜１０６を酸素プラズマでアッシング除去する（図２０（ｂ））。これにより、本実施の形態によるマイクロスイッチ３０１が完成する。なお、フォトレジスト１０１〜１０６の除去によって、板ばね部１４は図１６に示すように上方へ湾曲するが、理解を容易にするため、図２０（ｂ）では板ばね部１４は湾曲しないものとして示している。

本実施の形態によれば、前述したように、アイソレーションが低下したり挿入損失が増大したりするような特別な不都合を生ずることなく、従来に比べて低い駆動電圧（プルイン電圧よりも低い駆動電圧）でスイッチング動作を行うことができるという利点が得られる。

以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。

例えば、各部の膜構成（層数、材料等）は、前述した例に限定されるものではない。

本発明によるマイクロスイッチをＲＦスイッチとして用いる場合、その用途は特に限定されるものではないが、例えば、送受信回路の信号切り替えスイッチ、可変フィルタ切り替えスイッチなどに用いることができる。

本発明の第１の実施の形態によるマイクロスイッチを模式的に示す概略平面図である。 駆動電極間に静電力が生じていない状態における図１中のＹ１−Ｙ２−Ｙ３−Ｙ４線に沿った概略断面図である。 駆動電極間に静電力が生じている状態における図１中のＹ１−Ｙ２−Ｙ３−Ｙ４線に沿った概略断面図である。 図１中のＹ５−Ｙ６線に沿った概略断面図である。 図１中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図である。 高周波信号に着目した図１に示すマイクロスイッチの電気回路図である。 図１に示すマイクロスイッチの製造方法を示す工程図である。 図７に引き続く工程を示す工程図である。 図８に引き続く工程を示す工程図である。 図９に引き続く工程を示す工程図である。 図１０に引き続く工程を示す工程図である。 図１１に引き続く工程を示す工程図である。 図１２に引き続く工程を示す工程図である。 図１３に引き続く工程を示す工程図である。 本発明の第２の実施の形態によるマイクロスイッチを模式的に示す概略平面図である。 駆動電極間に静電力が生じていない状態における図１５中のＹ７−Ｙ８線に沿った概略断面図である。 駆動電極間に静電力が生じている状態における図１５中のＹ７−Ｙ８線に沿った概略断面図である。 高周波信号に着目した図１５に示すマイクロスイッチの電気回路図である。 図１５に示すマイクロスイッチの製造方法を示す工程図である。 図１９に引き続く工程を示す工程図である。

符号の説明

１，３０１ マイクロスイッチ
１１ 基板
１２ 可動板
１３ 固定板
１４ 板ばね部
３１ 可動板導体部
３２ 固定側駆動電極（第１の駆動電極）
３３ 可動側駆動電極（第２の駆動電極）
３４ 固定板導体部
１３５ 固定側電気接点
１３６ 可動側電気接点

Claims (6)

1. 固定部と、該固定部に対して移動し得るとともに所定位置に復帰しようとするバネ力が生ずるように設けられた可動部とを備え、
   前記固定部は、第１の駆動電極部及び第１の電気接点部を有し、
   前記可動部は、第２の駆動電極部及び第２の電気接点部を有し、
   前記第１及び第２の駆動電極部間に印加される電圧により前記第１及び第２の駆動電極部間に静電力が前記バネ力に抗するように生じ、
   前記第１及び第２の駆動電極部間に生ずる前記静電力が前記第１及び第２の電気接点部間の間隔が拡がる方向に生ずるように、前記第１及び第２の駆動電極部及び前記第１及び第２の電気接点部が配置され、
   前記第１及び第２の駆動電極部間に所定の大きさの前記静電力が生じている状態において前記第１及び第２の電気接点部間に一定の間隔が生ずる一方、前記第１及び第２の駆動電極部間に前記静電力が生じていない状態において前記第１及び第２の電気接点部が互いに接触することを特徴とするマイクロスイッチ。
2. 請求項１記載のマイクロスイッチを駆動する方法であって、前記第１及び第２の電気接点部間に間隔を生じさせている定常的な状態において、前記第１及び第２の駆動電極部間にその間がプルインされない電圧を印加することを特徴とするマイクロスイッチの駆動方法。
3. 固定部と、該固定部に対して移動し得るとともに所定位置に復帰しようとするバネ力が生ずるように設けられた可動部とを備え、
   前記固定部は、第１の駆動電極部及び第１の容量電極部を有し、
   前記可動部は、第２の駆動電極部及び第２の容量電極部を有し、
   前記第１及び第２の駆動電極部間に印加される電圧により前記第１及び第２の駆動電極部間に静電力が前記バネ力に抗するように生じ、
   前記第１及び第２の容量電極部間の容量が高周波信号伝送部と接地導体との間の容量をなすように、前記第１及び第２の容量電極部が設けられ、
   前記第１及び第２の容量電極部間の容量の大小に応じて、高周波信号伝送部を流れる高周波信号のスイッチング動作を行い、
   前記第１及び第２の駆動電極部間に生ずる前記静電力が前記第１及び第２の容量電極部間の間隔が拡がる方向に生ずるように、前記第１及び第２の駆動電極部及び前記第１及び第２の容量電極部が配置されたことを特徴とするマイクロスイッチ。
4. 前記第１及び第２の駆動電極部間に前記静電力が生じていない状態において、前記第１及び第２の容量電極部間の間隔が前記第１及び第２の駆動電極部間の間隔よりも狭いことを特徴とする請求項３記載のマイクロスイッチ。
5. 前記固定部又は前記可動部に、前記第１及び第２の容量電極部間の最小間隔を規定する突起が設けられたことを特徴とする請求項３又は４記載のマイクロスイッチ。
6. 請求項３乃至５のいずれかに記載のマイクロスイッチを駆動する方法であって、前記第１及び第２の容量電極部間の容量を小さくしている定常的な状態において、前記第１及び第２の駆動電極部間にその間がプルインされない電圧を印加することを特徴とするマイクロスイッチの駆動方法。

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