JP2009252598A

JP2009252598A - Ｍｅｍｓスイッチ

Info

Publication number: JP2009252598A
Application number: JP2008100681A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Hayazaki; 嘉城早崎; Takaaki Yoshihara; 孝明吉原; Takeo Shirai; 健雄白井; Chomei Matsushima; 朝明松嶋; Hiroshi Kawada; 裕志河田; Yosuke Hagiwara; 洋右萩原
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-04-08
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】伝送損失の低減を図れ、且つ、アイソレーション特性の向上を図りながらも接圧を大きくすることができるＭＥＭＳスイッチを提供する。
【解決手段】ベース基板１の厚み方向の一表面上に形成され一端部が固定接点２５，２５となる一対の信号線３４，３４と、可動接点２５が一対の信号線３４，３４の上記一端部間の隙間３６に嵌入されるように可動接点２５を上記厚み方向を駆動軸方向として変位させる駆動手段とを備える。各固定接点３５，３５および可動接点２５は、駆動軸方向に直交する水平面に対して傾斜し互いに当接する傾斜面３５ａ，３５ａ，２５ａが形成されてなり、可動接点２５が隙間３６に嵌入されたときに一方の固定接点３５と可動接点２５と他方の固定接点３５とで構成される導体部における信号の伝送方向において連続的な表面が形成され、駆動手段は、静電アクチュエータ５と圧電アクチュエータ４とで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）スイッチに関するものである。

従来から、高周波信号伝送用のＭＥＭＳスイッチとして、静電アクチュエータを利用したＭＥＭＳスイッチ（例えば、特許文献１参照）や、磁気アクチュエータを利用したＭＥＭＳスイッチ（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

ここにおいて、上記特許文献１に開示されたＭＥＭＳスイッチは、図１４に示すように、矩形板状のガラス基板からなるベース基板１’と、ベース基板１’の厚み方向の一表面側に固定された２つの支持部２２’，２２’に帯板状の可撓部２３’，２３’を介して上記厚み方向へ変位可能に支持され可動接点２５’が設けられた可動板部２１’を有する構造体部２’と、ベース基板１’の上記一表面上に形成され一端部が可動接点２５’と接離する固定接点３５’，３５’となる一対の信号線３４’，３４’とを備え、可動接点２５’が両固定接点３５’，３５’に近づく向きに可動接点２５’を変位させる駆動手段として可動板部２１’に設けられた可動電極５１’およびベース基板１の上記一表面上に形成され可動電極５１’に対向配置された固定電極５２’を有し可動電極５１’と固定電極５２’との間に電圧を印加したときに可動接点２５’が両固定接点３５’，３５’に近づく向きに可動接点２５’を変位させる静電アクチュエータ５’を備えている。なお、図１４に示した構成のＭＥＭＳスイッチでは、固定電極５２’上に、固定電極５２’と可動電極５１’との短絡を防止するとともにスティッキングを防止するための絶縁膜５３’が形成されている。また、図１４に示した構成のＭＥＭＳスイッチは、上述の構造体部２’がシリコン基板を用いて形成されている。

また、上記特許文献２に開示されたＭＥＭＳスイッチは、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、厚み方向の一表面の中央に十字状の凹部１１２が形成されたベース基板１０１と、ベース基板１０１の一表面側に形成され一端部が固定接点１３５，１３５となる各一対の信号線（固定接点層）１３４，１３４と、ベース基板１０１における凹部１１２の周部に両端部が支持されたＶ字状のばね部１２３の中央部に２つの可動接点（可動接点層）１２５，１２５が形成された細長の八角形状の可動接点基台部１２４を有するとともに当該可動接点基台部１２４の長手方向の両側縁から延設された針部１２８を有する構造体部１０２と、ベース基板１の上記一表面側に固着された電磁石形成基板（図示せず）とを備え、各可動接点を対応する一対の信号線１３４，１３４の上記一端部間に形成された隙間に介在するように可動接点１２５を変位させる駆動手段として、針部１２８に形成された磁性体（例えば、パーマロイなど）からなる磁性体部１２９および上記電磁石形成基板に形成され励磁コイル２２１への励磁電流に応じて磁束を発生する電磁石装置２０２を有する２つの磁気アクチュエータ１０６を備えている。

上記特許文献２に開示されたＭＥＭＳスイッチでは、例えば、図１５（ａ）に示すように左側の可動接点１２５が左側の一対の信号線１３４，１３４の上記一端部間に形成された隙間に介在して固定接点１３５，１３５に接触し左側の電磁石装置２０２の励磁コイル２２１への通電が停止されている状態から、右側の電磁石装置２０２の励磁コイル２２１へ励磁電流を流すと右側の針部の磁性体部１２９が電磁石装置２０２に吸引されてばね部１２３が図１５（ｂ）に示すように逆向きに変形して右側の可動接点１２５が右側の一対の信号線１３４，１３４の上記一端部間に形成された隙間に介在して固定接点１３５，１３５に接触する。
特許第３８５２２２４号公報特開平５−１５９６７９号公報

ところで、図１４に示した構成のＭＥＭＳスイッチでは、ベース基板１’の厚み方向において重なる可動接点２５’と両固定接点３５’，３５’との間の距離を大きくして寄生容量を低減することでアイソレーション特性を向上できるが、可動電極５１’と固定電極５２’との間の距離も大きくなるので、所望の接圧を確保するために必要な駆動電圧が大きくなり、消費電力が増加してしまう。

また、図１４に示した構成のＭＥＭＳスイッチでは、可動接点２５’と固定接点３５’，３５’との互いの対向面が接触するが、可動接点２５’および固定接点３５’，３５’それぞれの上記対向面の微細な凹凸（数〜数十ｎｍの凹凸）に起因して微視的には点接触になるので、オン抵抗が大きく、オン抵抗のより一層の低減が望まれている。

また、図１４に示した構成のＭＥＭＳスイッチでは、可動接点２５’が両固定接点３５’，３５’に跨る形で両固定接点３５’，３５’に接触するので、一方の固定接点３５’と可動接点２５’と他方の固定接点３５’とで構成される導体部における信号の伝送方向において可動接点２５’の厚み分の段差が形成されてしまうが、表皮効果により信号周波数が高くなるほど表皮の厚さが薄くなるので、高周波信号の信号周波数の増加に伴い伝送損失が大きくなってしまう。

一方、図１５に示した構成のＭＥＭＳスイッチでは、磁気アクチュエータを利用しているので、静電アクチュエータを利用したＭＥＭＳスイッチに比べて駆動電圧を低くできるとともに駆動力を大きくできるものの、可動接点１２５と両固定接点１３５，１３５との間の距離が大きくなると可動接点１２５の変位を大きくするために励磁コイル２２１への励磁電流を大きくする必要があるので、低消費電力化が難しかった。

また、図１５に示した構成のＭＥＭＳスイッチでは、固定接点１３５，１３５の並設方向に直交する方向における可動接点１２５の断面積と固定接点１３５の断面積とが異なっており、上述の表皮効果に起因して伝送損失が大きくなってしまう。なお、図１５に示した構成のＭＥＭＳスイッチにおいて、可動接点１２５と固定接点１３５，１３５との断面積を同じに設定したとしても、可動接点基台部１２４とベース基板１０１の凹部１１２の内底面との間に間隙がある状態で可動接点１２５が両固定接点１３５，１３５と接触するので、ベース基板１の厚み方向において可動接点１２５の位置が固定接点１３５，１３５の位置からずれやすく、上記導体部の表面に段差が形成されて伝送損失が大きくなってしまうことが考えられる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、伝送損失の低減を図れ、且つ、アイソレーション特性の向上を図りながらも接圧を大きくすることができるＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

請求項１の発明は、ベース基板と、ベース基板の厚み方向の一表面側に固定された支持部に前記厚み方向へ変位可能に支持され可動接点が設けられた可動板部を有する構造体部と、一端部が可動接点の接離する固定接点となる一対の信号線と、可動接点が一対の信号線の前記一端部間に形成された隙間に嵌入されるように可動接点を前記厚み方向を駆動軸方向として変位させる駆動手段とを備え、各固定接点および可動接点は、前記駆動軸方向に直交する水平面に対して傾斜し互いに当接する傾斜面が形成されてなり、可動接点が前記隙間に嵌入されたときに一方の固定接点と可動接点と他方の固定接点とで構成される導体部における信号の伝送方向において連続的な表面が形成され、駆動手段は、静電アクチュエータと圧電アクチュエータとで構成されることを特徴とする。

この発明によれば、各固定接点および可動接点は、前記駆動軸方向に直交する水平面に対して傾斜し互いに当接する傾斜面が形成されてなり、可動接点が前記隙間に嵌入されたときに一方の固定接点と可動接点と他方の固定接点とで構成される導体部における信号の伝送方向において連続的な表面が形成されるので、オン抵抗の低減を図れるとともに伝送損失の低減を図れ、駆動手段が、静電アクチュエータと圧電アクチュエータとで構成されるので、両固定接点間が開放された状態における両固定接点と可動接点との間の距離を大きくできてアイソレーション特性の向上を図りながらも接圧を大きくすることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、各固定接点は、傾斜面が前記駆動軸方向において可動接点の中心線に近づく形状に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、各固定接点と可動接点との良好な接触状態を得ることができ、オン抵抗を低減することができる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、各固定接点は、傾斜面として、前記駆動軸方向において可動接点の中心線に近づく形状に形成された第１の傾斜面と、前記駆動軸方向において可動接点の中心線から離れる形状に形成された第２の傾斜面とが形成されてなることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、一方の固定接点の傾斜面と他方の固定接点の傾斜面とは、前記駆動軸方向を回転軸方向として２回回転対称性を有するように形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、各固定接点の傾斜面において可動接点の傾斜面がすべる方向が異なることとなり、各固定接点と可動接点との良好な接触状態を得ることができ、オン抵抗を低減することができる。

請求項１の発明では、伝送損失の低減を図れ、且つ、アイソレーション特性の向上を図りながらも接圧を大きくすることができるという効果がある。

（実施形態１）
以下、本実施形態のＭＥＭＳスイッチについて図１〜図３を参照しながら説明する。

本実施形態のＭＥＭＳスイッチは、矩形板状のベース基板１と、ベース基板１の厚み方向の一表面側に固定された４つの支持部２２それぞれに帯板状の可撓部２３を介して上記厚み方向へ変位可能に支持され可動接点２５が設けられた可動板部２１を有する構造体部２と、ベース基板１の上記一表面上に設けられ一端部が可動接点２５の接離する固定接点３５，３５となる一対の信号線３４，３４と、ベース基板１の上記一表面側に構造体部２を収納する形で気密的に接合されたカバー７とを備えている。

また、本実施形態のＭＥＭＳスイッチは、可動接点２５が一対の信号線３４，３４の上記一端部間に形成された隙間３６（図１（ｂ）参照）に嵌入されるように可動接点２５を上記厚み方向を駆動軸方向として変位させる駆動手段として、可撓部２３に設けられてなり圧電層４２の厚み方向の両側の電極４１，４３間に電圧を印加したときに可動接点２５が上記厚み方向において両固定接点３５，３５に近づく向きに変位するように可撓部２３を変形させる圧電アクチュエータ４と、可動板部２１に設けられた可動電極５１および当該可動電極５１に対向配置された固定電極５２を有し可動電極５１と固定電極５２との間に電圧を印加したときに可動接点２５が上記厚み方向において両固定接点３５，３５に近づく向きに可動接点２５を変位させる静電アクチュエータ５とを備えている。

上述のベース基板１は、セラミック基板により構成されており、上記一表面上に各信号線３４，３４および静電アクチュエータ５の固定電極５２が形成されている。ここにおいて、本実施形態では、固定電極５２がグランド電極を兼ねている。なお、ベース基板１は、セラミック基板に限らず、例えば、ガラス基板、サファイア基板、ＳＯＩ基板、シリコン基板などを用いて形成してもよく、基板材料として誘電率の低い材料を採用することが好ましい。

ベース基板１は、上記一表面の中央部において上述の一対の信号線３４，３４が一直線上に形成されている。ここで、一対の信号線３４，３４は同じ金属材料により形成されている。また、一対の信号線３４，３４は、上記隙間３６を中心とし固定接点３５，３５の並設方向を左右方向として左右対称の形状に形成され、厚み寸法および幅寸法が同じとなっている。

各信号線３４，３４の材料としては、Ａｕを採用しているが、Ａｕに限らず、例えば、Ａｕ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｏｓの群から選択される１種あるいはこれらの合金を採用してもよい。

圧電アクチュエータ４は、圧電層４２の圧電材料として、鉛系圧電材料の一種であるＰＺＴを採用し、圧電層４２の厚み方向の両側の電極４１，４３のうち可撓部２３の厚み方向において可撓部２３に近い側の電極（以下、下部電極と称する）４１の材料として、Ｐｔを採用し、可撓部２３から遠い側の電極（以下、上部電極と称する）４３の材料としてＡｕを採用しているが、これらの材料は特に限定するものではない。ここで、圧電アクチュエータ４は、上部電極４３と圧電層４２との接触面積を規定する開口部４４ａを有する絶縁膜４４が形成されており、上部電極４１および絶縁膜４４は可撓部２３におけるベース基板１側とは反対の表面に沿ってベース基板１の上記一表面上まで延設され、上述の支持部２２を補強している。なお、絶縁膜４４は、シリコン酸化膜により構成されているが、シリコン酸化膜に限らず、例えば、シリコン窒化膜や、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜により構成してもよい。

圧電層４２の圧電材料は、鉛系圧電材料であれば、ＰＺＴに限らず、例えば、ＰＺＴに不純物を添加したものや、ＰＭＮ−ＰＺＴなどを採用してもよい。また、圧電層４２の圧電材料は、鉛系圧電材料に限らず、例えば、鉛フリーのＫＮＮ（Ｋ_０．５Ｎａ_０．５ＮｂＯ_３）や、ＫＮ（ＫＮｂＯ_３）、ＮＮ（ＮａＮｂＯ_３）、ＫＮＮに不純物（例えば、Ｌｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｕなど）を添加したものでもよい。ここで、圧電層４２の圧電材料として、上述の鉛系圧電材料や、ＫＮＮ，ＫＮ，ＮＮなどを採用すれば、ＡｌＮやＺｎＯなど採用する場合に比べて圧電定数が大きいので、接圧を大きくすることができる。また、圧電層４２の材料として、ＫＮＮ，ＫＮ，ＮＮなどを採用すれば、鉛フリーになるので、環境負荷を低減できる。なお、本実施形態の圧電アクチュエータ４は、ユニモルフ型であるが、バイモルフ型としてもよい。

一方、静電アクチュエータ５は、可動板部２１の可動電極基台部２６に設けられた上述の可動電極５１と、ベース基板１の上記一表面側において可動電極５１に対向する部位に設けられた固定電極５２とを備えており、可動電極５１と固定電極５２との間に電圧を印加したときに可動電極５１と固定電極５２との間に発生する静電力によって両固定接点３５，３５に近づく向きに可動接点２５を変位させる。ここにおいて、可動電極５１は、可撓部２３におけるベース基板１側の面に沿ってベース基板１の上記一表面上まで延設されており、支持部２２を補強している。また、可動電極５１は、可撓部２３の厚み方向に貫設されたビア４６（図３参照）を介して圧電アクチュエータ４の下部電極４１と電気的に接続されている。また、ベース基板１の上記一表面側には、固定電極５２と可動電極５１との短絡を防止するとともにスティッキングを防止するために固定電極５２を覆う絶縁膜５３が形成されている。なお、固定電極５２の材料としては、Ａｕを採用し、可動電極５１の材料としては、Ｐｔを採用しているが、これらの材料は特に限定するものではない。また、絶縁膜５３は、シリコン酸化膜により構成しているが、シリコン酸化膜に限らず、例えば、シリコン窒化膜でもよい。

ところで、ベース基板１は、各信号線３４、静電アクチュエータ５の固定電極５２、静電アクチュエータ５の可動電極５１、および圧電アクチュエータ４の上部電極４３それぞれが電気的に接続される貫通孔配線１４，１２，１１，１３が厚み方向に貫設されており、厚み方向の他表面側に、各貫通孔配線１４，１２，１１，１３それぞれが電気的に接続される外部接続用電極１１４，１１２，１１１，１１３が形成されている。ここにおいて、本実施形態では、上述のように圧電アクチュエータ４の下部電極４１が可撓部２３の厚み方向に貫設されたビア４６を介して静電アクチュエータ５の可動電極５１と電気的に接続されているが、ビア４６を設けずに下部電極４１をベース基板１の上記一表面上まで延設し、下部電極４１と可動電極５１とを各別の貫通孔配線を介して外部接続用電極と電気的に接続するようにしてもよい。なお、各貫通孔配線１４，１２，１１，１３の材料としては、Ａｕを採用しているが、Ａｕに限らず、例えば、Ｃｕ，Ｎｉなどを採用してもよい。また、各外部接続用電極１１４，１１２，１１１，１１３の材料としては、Ａｕを採用しているが、Ａｕに限らず、例えば、Ｃｕ，Ｃｒ，Ｐｔなどを採用してもよい。

また、ベース基板１は、厚み方向の中間に所定パターンの埋込グランド電極１５が形成されており、グランド電極を兼ねる固定電極５２が上述の貫通孔配線１２により埋込グランド電極１５と電気的に接続されている。なお、各信号線３４は、固定接点３５となる上記一端部とは反対側の他端部が貫通孔配線１４を介して外部接続用電極１１４と電気的に接続されている。

また、可動板部２１は、可動接点２５が形成された可動接点基台部２４と可動電極５１が形成された可動電極基台部２６との間に一対の固定接点３５，３５の並設方向の幅が可動接点基台部２４および可動電極基台部２６に比べて細幅の２つの接圧ばね部２７が設けられている。可動板部２１および各可撓部２３および各支持部２２を備えた構造体部２は、ノンドープのポリシリコンにより形成されているが、構造体部２の材料はノンドープのポリシリコンに限らず、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４やＳｉＯ_２などを採用してもよい。

ところで、上述の構造体部２は、ベース基板１の上記厚み方向に直交する面内の中央部に可動接点２５が設けられ、支持部２２が平面視において可動接点２５を中心として可動板部２１を囲む仮想四角形ＶＳ（図２参照）の４つの角それぞれに設けられ、可撓部２３が仮想四角形ＶＳの各辺のうち固定接点３５，３５の並設方向に直交する辺に沿って配置され、可撓部２３における支持部２２側とは反対側の端部が上記並設方向に沿って形成された連結部２８を介して可動板部２１と連結され、圧電アクチュエータ４は、可動接点２５を中心として４つの可撓部２３それぞれの同じ位置に設けられ、静電アクチュエータ５は、可動板部２１において可動接点２５を中心として固定接点３５，３５の上記並設方向に直交する方向の両側の同じ位置で、上記並設方向において隣り合う可撓部２３，２３の間に設けられ、圧電アクチュエータ４よりも平面視における面積が大きくなっている。ここにおいて、本実施形態のＭＥＭＳスイッチは、２つ１組の可撓部２３により１つの可動電極基台部２６を支持している。更に説明すれば、本実施形態のＭＥＭＳスイッチは、各可動電極基台部２６の平面視形状が長方形状であり、４つの帯板状の可撓部２３が、可動電極基台部２６の長手方向の両側縁に沿って配置され、可撓部２３の支持部２２側とは反対側の端部が連結部２８を介して可動電極基台部２６に連結されている。また、可動板部２１は、各信号線３４，３４の固定接点３５，３５以外の部位を平面視において露出させる切欠部２１ｂ，２１ｂが形成されている。

また、カバー７は、矩形板状の絶縁性基板（例えば、ガラス基板、セラミック基板など）を用いて形成されており、ベース基板１側に、構造体部２を収納する凹所７ａが形成され、凹所７ａの周部がベース基板１の上記一表面側に気密的に接合されている。したがって、可動接点５１と両固定接点３５，３５との間に異物が侵入するのを防止できて可動接点５１と両固定接点３５，３５との接触信頼性を向上させることができる。

ここにおいて、ベース基板１の上記一表面の周部には全周に亘って第１の接合用金属層１８が形成され、カバー７におけるベース基板１側の表面（凹所７ａの周部）には全周に亘って第２の接合用金属層７８が形成されており、ベース基板１とカバー７とは接合用金属層１８，７８同士が接合されている。ここにおいて、各接合用金属層１８，７８の材料としては、固定電極５２と同じ材料（ここでは、Ａｕ）を採用しており、ベース基板１の上記一表面側には固定電極５２と第１の接合用金属層１８とを電気的に接続する連絡用金属層１９が固定電極５２および第１の接合用金属層１８と連続一体に形成されている。

なお、ベース基板１とカバー７との接合方法としては、接合前に互いの接合表面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で直接接合する常温接合法を採用しているが、常温接合法に限らず、ＡｕＳｎや半田などの低融点共晶材料を用いた接合法や、陽極接合法などを採用してもよい。

ここで、本実施形態のＭＥＭＳスイッチをプリント基板のような実装基板に実装する際には、例えば、ベース基板１の上記他表面側の各外部接続用電極１１１〜１１３それぞれを上記実装基板の一表面側に形成された導体パターンとバンプなどを介して適宜接続すればよい。

以下、本実施形態のＭＥＭＳスイッチの製造方法について簡単に説明する。

まず、埋込グランド電極１５、各貫通孔配線１１〜１４、および各外部接続用電極１１１〜１１４を形成したベース基板１の上記一表面上に固定電極５２を形成する固定電極形成工程を行う。ここにおいて、固定電極形成工程では、ベース基板１の上記一表面上に固定電極５２の基礎となる金属層をスパッタ法や蒸着法などにより成膜してから、当該金属層をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより、各固定電極５２、第１の接合用金属層１８（図１参照）、各連絡用金属層１９（図１参照）を形成している。

固定電極形成工程の後、ベース基板１の上記一表面上に上記一端部が固定接点３５，３５となる一対の信号線３４，３４を形成する信号線形成工程を行う。ここにおいて、信号線形成工程では、例えば、ベース基板１の上記一表面側に各信号線３４の形成予定領域が露出するようにパターニングされたレジスト層を形成してから、ベース基板１の上記一表面側に各信号線３４，３４を無電解めっき法などにより形成し、その後、レジスト層および当該レジスト層上のめっき膜（金属皮膜）を除去するリフトオフを行っている。

信号線形成工程の後、ベース基板１の上記一表面側に、固定電極５２を覆う絶縁膜５３を形成する第１の絶縁膜形成工程を行う。ここにおいて、第１の絶縁膜形成工程では、ベース基板１の上記一表面側の全面に絶縁膜５３の基礎となる絶縁層をスパッタ法やＣＶＤ法などによって成膜してから、当該絶縁層をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより、絶縁膜５３を形成している。

第１の絶縁膜形成工程の後、ベース基板１の上記一表面側の全面に構造体部形成用の犠牲層を形成する犠牲層形成工程を行う。なお、犠牲層の材料としてはポリイミドを採用している。

犠牲層形成工程の後、ベース基板１の上記一表面側に可動電極５１を形成する可動電極形成工程を行う。ここにおいて、可動電極形成工程では、ベース基板１の上記一表面側に可動電極５１の形成予定領域が露出するようにパターニングされたレジスト層を形成してから、ベース基板１の上記一表面側に各可動電極５１を無電解めっき法などにより形成し、その後、レジスト層および当該レジスト層上のめっき膜（金属皮膜）を除去するリフトオフを行っている。

可動電極形成工程の後、可動接点２５を形成する可動接点形成工程を行う。ここにおいて、可動接点形成工程では、ベース基板１の上記一表面側に可動接点２５の形成予定領域が露出するようにパターニングされたレジスト層を形成してから、ベース基板１の上記一表面側に可動接点２５を無電解めっき法などにより形成し、その後、レジスト層および当該レジスト層上のめっき膜（金属皮膜）を除去するリフトオフを行っている。

可動接点形成工程の後で構造体部２を形成する構造体部形成工程を行う。ここにおいて、構造体部形成工程では、ベース基板１の上記一表面側の全面に構造体部２の基礎となるノンドープのポリシリコン層をＣＶＤ法などによって成膜してから、当該ポリシリコン層をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより、可動板部２１、各可撓部２３および各支持部２２を有する構造体部２を形成するとともにビア４６用のビアホールを形成している。

構造体部形成工程の後、下部電極４１を形成する第１の電極形成工程を行う。ここにおいて、第１の電極形成工程では、ベース基板１の上記一表面側の全面に下部電極４１の基礎となる金属層（例えば、Ｐｔ層など）をスパッタ法などによって成膜してから、当該金属層をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより、下部電極４１およびビア４６を形成している。

下部電極形成工程の後、圧電層４２を形成する圧電層形成工程を行う。圧電層形成工程では、圧電層４２の基礎となる圧電材料層（例えば、ＰＺＴ層など）をスパッタ法やＣＶＤ法などにより成膜してから、当該圧電材料層をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより、圧電層４２を形成している。

圧電層形成工程の後、圧電層４２と上部電極４３との接触面積を規定するための開口部４４ａを有する絶縁膜４４を形成する第２の絶縁膜形成工程を行う。ここにおいて、第２の絶縁膜形成工程では、ベース基板１の上記一表面側に絶縁膜４４の形成予定領域が露出するようにパターニングされたレジスト層を形成してから、ベース基板１の上記一表面側に絶縁膜４４をＣＶＤ法などにより形成し、その後、レジスト層および当該レジスト層上の絶縁膜を除去するリフトオフを行っている。

第２の絶縁膜形成工程の後、上部電極４３を形成する第２の電極形成工程を行う。ここにおいて、第２の電極形成工程では、ベース基板１の上記一表面側の全面に上部電極４３の基礎となる金属層（例えば、Ａｕ層など）を蒸着法などによって成膜してから、当該金属層をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより、上部電極４３を形成している。

第２の電極形成工程の後、上記犠牲層を選択的に除去する犠牲層除去工程を行い、その後、ベース基板１とカバー７とを接合する接合工程を行うことによって、図１および図３に示す構造のＭＥＭＳスイッチが得られる。

ところで、本実施形態のＭＥＭＳスイッチは、各固定接点３５，３５および可動接点２５は、上記駆動軸方向に直交する水平面に対して傾斜し互いに当接する傾斜面３５ａ，３５ａ，２５ａが形成されており、図１（ｃ）に示すように可動接点２５が一対の信号線３４，３４の上記一端部間に形成された隙間３６に嵌入されたときに一方の固定接点３５と可動接点２５と他方の固定接点３５とで構成される導体部における信号の伝送方向において連続的な表面が形成される（伝送損失の原因となるような凹凸が形成されずに表面が滑らかに連続する）ので、オン抵抗の低減を図れるとともに伝送損失の低減を図れる。ここにおいて、本実施形態のＭＥＭＳスイッチでは、各固定接点３５，３５の傾斜面３５ａ，３５ａが、上記駆動軸方向において可動接点２５の中心線Ａ１に近づく形状に形成されているので、各固定接点３５，３５と可動接点２５との良好な接触状態を得ることができ、オン抵抗を低減することができる。また、各固定接点３５，３５の傾斜面３５ａ，３５ａが、上記駆動軸方向において可動接点２５の中心線Ａ１に近づく形状に形成されていることにより、図４に示すように可動接点２５が傾いて動いた場合でも各固定接点３５，３５と可動接点２５との良好な接触状態を得ることができる。

また、本実施形態のＭＥＭＳスイッチでは、上記駆動手段として、可撓部２３に設けられてなり圧電層４２の厚み方向の両側の電極４１，４３間に電圧を印加したときに可動接点２５が両固定接点３５，３５に近づく向きに変位するように可撓部２３を変形させる圧電アクチュエータ４と、可動板部２１に設けられた可動電極５１および当該可動電極５１に対向配置された固定電極５２を有し可動電極５１と固定電極５２との間に電圧を印加したときに可動接点２５が両固定接点３５，３５に近づく向きに可動接点２５を変位させる静電アクチュエータ５とを備えていることにより、両固定接点３５，３５間が開放された状態（図１（ｂ））から可動接点２５を両固定接点３５，３５に接触する状態（図１（ｃ））に変位させる際に、圧電アクチュエータ４による駆動力で可動接点２５を両固定接点３５，３５に近づけた後で、静電アクチュエータ５による駆動力で可動接点２５を両固定接点３５，３５に接触させることができるので、両固定接点３５，３５間が開放された状態（図１（ｂ））における両固定接点３５，３５と可動接点２５との間の距離を大きくできてアイソレーション特性の向上を図りながらも低電圧の駆動電圧で接圧を大きくすることができる。

ここにおいて、本実施形態のＭＥＭＳスイッチでは、構造体部２は、ベース基板１の上記厚み方向に直交する面内の中央部に可動接点２５が設けられ、支持部２２が平面視において可動接点２５を中心として可動板部２１を囲む仮想四角形ＶＳの４つの角それぞれに設けられ、可撓部２３が仮想四角形ＶＳの各辺のうち固定接点３５，３５の並設方向に直交する辺に沿って配置され、可撓部２３における支持部２２側とは反対側の端部が上記並設方向に沿って形成された連結部２８を介して可動板部２１と連結され、圧電アクチュエータ４は、可動接点２５を中心として４つの可撓部２３それぞれの同じ位置に設けられ、静電アクチュエータ５は、可動板部２１において可動接点２５を中心として固定接点３５，３５の並設方向に直交する方向の両側の同じ位置で、上記並設方向において隣り合う可撓部２３，２３の間に設けられ、圧電アクチュエータ４よりも平面視における面積が大きいので、所望の接圧を確保するための静電アクチュエータ５の駆動電圧をより一層低減でき、可動接点２５と両固定接点３５，３５との間の寄生容量を低減しつつ、より低消費電力で所望の接圧を確保することが可能となる。また、本実施形態のＭＥＭＳスイッチでは、可動板部２１を支持部２２から離し、可動電極５１および固定電極５２の面積を大きくしているので、静電アクチュエータ５による駆動時の静電力を大きくでき、接圧を大きくすることができる。また、本実施形態のＭＥＭＳスイッチによれば、圧電アクチュエータ４と静電アクチュエータ５とが別々に設けられているので、圧電アクチュエータ４および静電アクチュエータ５それぞれで別の動きが可能となり、駆動手段の動きの自由度の高いＭＥＭＳスイッチとすることができる。

また、本実施形態のＭＥＭＳスイッチでは、各信号線３４，３４と圧電アクチュエータ４の各電極４１，４３とが電気的に絶縁されているので、各信号線３４，３４に圧電アクチュエータ４の各電極４１，４３からノイズが重畳されるのと信号が漏洩するのとを防止することができて、信号線３４，３４と圧電アクチュエータ４とが異なるグランドを有するような回路に適用することができ、各信号線３４，３４と静電アクチュエータ５の可動電極５１および固定電極５２とが電気的に絶縁されているので、各信号線３４，３４に静電アクチュエータ５の可動電極５１および固定電極５２からノイズが重畳されるのと信号が漏洩するのとを防止することができて、信号線３４，３４と静電アクチュエータ５とが異なるグランドを有するような回路に適用することができる。

また、本実施形態のＭＥＭＳスイッチは、静電アクチュエータ５の可動電極５１が圧電アクチュエータ４の下部電極４１と電気的に接続されるとともにグランド電極を兼ねており、圧電アクチュエータ４と静電アクチュエータ５とに共通のグランド電極を有しているので、圧電アクチュエータ４と静電アクチュエータ５とを併用する駆動手段の制御が容易になる。

また、本実施形態のＭＥＭＳスイッチでは、可動板部２１は、可動接点２５が形成された可動接点基台部２４と可動電極５１が形成された可動電極基台部２６との間に固定接点３５，３５の並設方向の幅が可動接点基台部２４および可動電極基台部２６に比べて細幅の接圧ばね部２７が設けられているので、可動接点基台部２４が接圧ばね部２７を介して可動電極基台部２６に支持されていることにより、接圧ばね部２７のばね力を適宜設定することによって所望の接圧を得ることができて可動接点２５と両固定接点３５，３５との接触信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態のＭＥＭＳスイッチでは、可動板部２１は、各信号線３４，３４の固定接点３５，３５以外の部位を平面視において露出させる切欠部２１ｂ，２１ｂが形成されているので、可動電極５１と各信号線３４，３４との容量結合を抑制することができ、アイソレーション特性を向上させることができる。

ところで、上述の例では、各固定接点３５，３５の傾斜面３５ａ，３５ａが、上記駆動軸方向において可動接点２５の中心線Ａ１および駆動軸に近づく形状に形成されているが、図５（ａ）に示すように、幅方向の一側面から他側面にかけて傾斜した形状に形成して両傾斜面３５ａ，３５ａが同一平面上に形成されるようにしてもよい。

また、図６（ａ）に示すように、一方の固定接点３５の傾斜面３５ａと他方の固定接点３５の傾斜面３５ａとが、上記駆動軸方向を回転軸方向として２回回転対称性を有するように形成されていてもよく、この場合は、各固定接点３５，３５の傾斜面３５ａ，３５ａにおいて可動接点２５の傾斜面２５ａ，２５ａがすべる方向が異なることとなり、図６（ｂ）に示すように可動接点２５を両固定接点３５，３５に接触させたときに、各固定接点３５，３５と可動接点２５との良好な接触状態を得ることができ、オン抵抗を低減することができる。なお、図５（ａ）や図６（ａ）に示した構成における傾斜面３５ａ，３５ａを有する固定接点３５，３５や傾斜面２５ａを有する可動接点２５の形成にあたっては、例えば、固定接点３５，３５や可動接点２５の形成時に基礎となる金属膜を形成してから、当該金属膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることで固定接点３５，３５や可動接点２５を形成するようにし、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスクとして、光透過率が徐々に変化したグレーテッド型の光透過領域を有するフォトマスクを利用すればよい。

また、図７（ａ）に示すように、各固定接点３５の傾斜面３５ａとして、上記駆動軸方向において可動接点２５の中心線Ａ１および駆動軸に近づく形状に形成された第１の傾斜面３５ａ_１と、上記駆動軸方向において可動接点２５の中心線Ａ１および駆動軸から離れる形状に形成された第２の傾斜面３５ａ_２とが形成されていてもよく、図７（ｂ）に示すように可動接点２５を両固定接点３５，３５に接触させたときに、各固定接点３５，３５と可動接点２５との良好な接触状態を得ることができ、オン抵抗を低減することができる。

また、図８（ａ）に示すように、各固定接点３５，３５それぞれに２つの隣り合う傾斜面３５ａ，３５ａを当該２つの隣り合う傾斜面３５ａ，３５ａ全体の平面視形状がＶ字状となるように形成する一方で、図８（ｂ）に示すように、可動接点２５の両端部それぞれに２つの隣り合う傾斜面２５ａ，２５ａを当該２つの隣り合う傾斜面２５ａ，２５ａ全体の投影視形状がＶ字状となるように形成し、図８（ｃ）に示すように、可動接点２５が両固定接点３５，３５から離間して配置されるようにしてもよく、このような構成を採用することにより、可動接点２５が固定接点３５，３５に接触した状態で平面視において可動接点２５が固定接点３５，３５の並設方向に直交する方向へずれるのを防止することができるので、接触信頼性が向上し、高周波特性が向上する。

また、図５に示した構成の固定接点３５，３５および可動接点２５に図８と同様の傾斜面３５ａ，３５ａ，２５ａを設けて図９（ａ）に示すような形状の固定接点３５，３５および可動接点２５を採用してもよく、図９（ｂ）に示すように可動接点２５を両固定接点３５，３５に接触させたときに、各固定接点３５，３５と可動接点２５との良好な接触状態を得ることができ、オン抵抗を低減することができる。

また、図６に示した構成の固定接点３５，３５および可動接点２５に図８と同様の傾斜面３５ａ，３５ａ，２５ａを設けて図１０（ａ）に示すような形状の固定接点３５，３５および可動接点２５を採用してもよく、図１０（ｂ）に示すように可動接点２５を両固定接点３５，３５に接触させたときに、各固定接点３５，３５と可動接点２５との良好な接触状態を得ることができ、オン抵抗を低減することができる。

また、図１１（ａ）に示すように各固定接点３５の平面視における傾斜面３５ａの形状をＵ字状とし、図１１（ｂ）に示すように可動接点２５の投影視における傾斜面２５ａの形状をＵ字状として、両固定接点３５，３５と可動接点２５とが図１１（ｃ）に示すように配置されるようにしてもよく、このような構成を採用することにより、可動接点２５が固定接点３５，３５に接触した状態で平面視において可動接点２５が固定接点３５，３５の並設方向に直交する方向へずれるのを防止することができるので、接触信頼性が向上し、高周波特性が向上する。また、図５や図６に示した構成の固定接点３５，３５および可動接点２５に図１１と同様の傾斜面３５ａ，３５ａ，２５ａを設けてもよい。

（実施形態２）
本実施形態のＭＥＭＳスイッチの基本構成は実施形態１と略同じであって、図１２および図１３に示すように、一端部が固定接点３５となる各信号線３４および各固定電極５１が、カバー基板７の凹所７ａの内底面に形成され、可動板部２１におけるベース基板１側とは反対側に可動接点２５および各可動電極５２が形成されている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態のＭＥＭＳスイッチによれば、各信号線３４，３４に圧電アクチュエータ４の各電極４１，４３や静電アクチュエータ５の可動電極５１からノイズが重畳されるのと信号が漏洩するのとを防止することができて、信号線３４，３４と圧電アクチュエータ４および静電アクチュエータ５とが異なるグランドを有するような回路に適用することができる。

以下、本実施形態のＭＥＭＳスイッチの製造方法について簡単に説明するが、実施形態１と同様の工程については説明を適宜省略する。

まず、ベース基板１の上記一表面上に第１の接合用金属層１８を形成する接合用金属層形成工程を行ってから、ベース基板１の上記一表面側に構造体部２を形成するための犠牲層を形成する犠牲層形成工程を行う。

犠牲層形成工程の後、ベース基板１の上記一表面側に構造体部２を形成する構造体部形成工程を行う。ここにおいて、構造体部形成工程では、ベース基板１の上記一表面側の全面に構造体部２の基礎となるノンドープのポリシリコン層をＣＶＤ法などによって成膜してから、当該ポリシリコン層をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより、可動板部２１、各可撓部２３、および各支持部２２を有する構造体部２を形成している。

構造体部形成工程の後、下部電極４１を形成する第１の電極形成工程を行う。ここにおいて、第１の電極形成工程では、ベース基板１の上記一表面側の全面に下部電極４１の基礎となる金属層（例えば、Ｐｔ層など）をスパッタ法などによって成膜してから、当該金属層をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより、下部電極４１および静電アクチュエータ５の可動電極５１を形成している。

第１の電極形成工程の後、圧電層４２を形成する圧電層形成工程を行う。圧電層形成工程では、圧電層４２の基礎となる圧電材料層（例えば、ＰＺＴ層など）をスパッタ法やＣＶＤ法などにより成膜してから、当該圧電材料層をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより、圧電層４２を形成している。

圧電層形成工程の後、圧電層４２と上部電極４３との接触面積を規定するための開口部４４ａを有する絶縁膜４４を形成する絶縁膜形成工程を行う。

絶縁膜形成工程の後、上部電極４３を形成する第２の電極形成工程を行い、その後、ベース基板１の上記一表面側に可動接点２５を形成する可動接点形成工程を行う。ここにおいて、可動接点形成工程では、ベース基板１の上記一表面側に可動接点２５の形成予定領域が露出するようにパターニングされたレジスト層を形成してから、ベース基板１の上記一表面側に可動接点２５を無電解めっき法などにより形成し、その後、レジスト層および当該レジスト層上のめっき膜（金属皮膜）を除去するリフトオフを行っている。

可動接点形成工程の後、上記犠牲層を選択的に除去する犠牲層除去工程を行うことによって、構造体部２の可動接点基台部２４、接圧ばね部２７、可動接点基台部２６および可撓部２３とベース基板１の上記一表面との間にギャップが形成された構造が得られる。

犠牲層除去工程の後で各信号線３４，３４および固定電極５２などが形成されているカバー基板７をベース基板１の上記一表面側に接合する接合工程を行うことによって、図１２および図１３に示す構造のＭＥＭＳスイッチが得られる。

以上説明した製造方法によれば、ベース基板１の上記一表面側に圧電アクチュエータ４を形成した後に可動接点２５を形成するので、圧電アクチュエータ４の圧電層４２の成膜温度に左右されることなく可動接点２５の材料を選択できるので、可動接点２５の材料の選択の自由度が高くなる。

実施形態１のＭＥＭＳスイッチを示し、（ａ）は概略分解斜視図、（ｂ）は要部概略断面図、（ｃ）は動作説明図である。同上のＭＥＭＳスイッチの要部概略平面図である。同上のＭＥＭＳスイッチの概略断面図である。同上のＭＥＭＳスイッチの動作説明図である。同上の他の構成例に関し、（ａ）は固定接点および可動接点の概略斜視図、（ｂ）は動作説明図である。同上の他の構成例に関し、（ａ）は固定接点および可動接点の概略斜視図、（ｂ）は動作説明図である。同上の他の構成例に監視、（ａ）は固定接点および可動接点の概略断面図、（ｂ）は動作説明図である。同上の他の構成例に関し、（ａ）は固定接点の平面図、（ｂ）は可動接点の平面図、（ｃ）は固定接点および可動接点の側面図である。同上の他の構成例に関し、（ａ）は固定接点および可動接点の概略斜視図、（ｂ）は動作説明図である。同上の他の構成例に関し、（ａ）は固定接点および可動接点の概略斜視図、（ｂ）は動作説明図である。同上の他の構成例に関し、（ａ）は固定接点の平面図、（ｂ）は可動接点の平面図、（ｃ）は固定接点および可動接点の側面図である。実施形態２のＭＥＭＳスイッチの概略分解斜視図である。同上のＭＥＭＳスイッチの概略断面図である。従来例のＭＥＭＳスイッチの概略分解斜視図である。他の従来例のＭＥＭＳスイッチの動作説明図である。

符号の説明

１ベース基板
２構造体部
４圧電アクチュエータ
５静電アクチュエータ
７カバー
２１可動板部
２２支持部
２３可撓部
２５可動接点
２５ａ傾斜面
２６可動電極基台部
３４信号線
３５固定接点
３５ａ傾斜面
３５ａ_１第１の傾斜面
３５ａ_２第２の傾斜面
３６隙間
Ａ１中心線

Claims

ベース基板と、ベース基板の厚み方向の一表面側に固定された支持部に前記厚み方向へ変位可能に支持され可動接点が設けられた可動板部を有する構造体部と、一端部が可動接点の接離する固定接点となる一対の信号線と、可動接点が一対の信号線の前記一端部間に形成された隙間に嵌入されるように可動接点を前記厚み方向を駆動軸方向として変位させる駆動手段とを備え、各固定接点および可動接点は、前記駆動軸方向に直交する水平面に対して傾斜し互いに当接する傾斜面が形成されてなり、可動接点が前記隙間に嵌入されたときに一方の固定接点と可動接点と他方の固定接点とで構成される導体部における信号の伝送方向において連続的な表面が形成され、駆動手段は、静電アクチュエータと圧電アクチュエータとで構成されることを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
各固定接点は、傾斜面が前記駆動軸方向において可動接点の中心線に近づく形状に形成されてなることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳスイッチ。
各固定接点は、傾斜面として、前記駆動軸方向において可動接点の中心線に近づく形状に形成された第１の傾斜面と、前記駆動軸方向において可動接点の中心線から離れる形状に形成された第２の傾斜面とが形成されてなることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳスイッチ。
一方の固定接点の傾斜面と他方の固定接点の傾斜面とは、前記駆動軸方向を回転軸方向として２回回転対称性を有するように形成されてなることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳスイッチ。