JP2011040303A - 接点およびスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】少ない数のアクチュエータにより複数の信号経路の継断が可能であり、ＭＥＭＳスイッチの小型化が可能な接点およびこの接点を用いたスイッチを提供する。
【解決手段】接点１は可動部１０および２組の固定接点電極対を備え、可動部１０の２つの側面に可動接点電極２１，２２が設けられている。固定接点電極３１，可動接点電極２１および固定接点電極３２が第１信号経路、固定接点電極３１，可動接点電極２２および固定接点電極３２が第２信号経路を構成する。可動部１０は杆（プッシュプルロッド）４０を介して駆動手段（アクチュエータ）に連結されている。可動部１０が杆４０の変位に連動して一軸方向（２方向）に変位することにより、２つの信号経路の一方が選択される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems；マイクロマシン）スイッチに用いられる接点およびこれを備えたスイッチに関する。

近年の集積化技術の向上に伴い、電子機器の小型・軽量化、低電圧動作・低消費電力化、高周波動作化が急速に進んでいる。特に、携帯電話などの移動通信端末装置の技術分野では、上記の要求が厳しい上に高機能化も求められており、これらの対立する課題を解決する技術の一つとして、ＭＥＭＳが注目されている。このＭＥＭＳは、シリコンプロセス技術により、マイクロな機械的要素と電子回路要素とを融合したシステムである。ＭＥＭＳ技術は、その精密加工性などの優れた特徴から、高機能化に対応しつつ、小型で低価格なＳｏＣ（System on a Chip) を実現することができる。

移動通信端末装置の技術分野では、このＭＥＭＳ技術を利用した様々な半導体素子が開発されているが、その１つに高周波信号を伝送する信号経路の継断を機械的に行う静電力駆動型のＭＥＭＳスイッチがある。

この種のＭＥＭＳスイッチとして、例えば、シリコン基板に、両持ち梁構造の上部電極を設けると共にこの上部電極の下方に引き下げ電極を設けたものがある（例えば、非特許文献１参照。）。このＭＥＭＳスイッチでは、上部電極と引き下げ電極との間に電位差による静電力を与えると、上部電極が引き下げ電極に向かって撓み変形し、この変形に伴って接点の継断がなされる。すなわち、このＭＥＭＳスイッチは上部電極が引き下げ電極に向かって撓み変形したのち、元の位置に復帰するという単一方向の動作を行うものであり、接点を閉じるか開くかのみを制御する単極単投型のものとなっている。

スイッチとしては、この他に単極双投スイッチ、単極３投スイッチ、単極４投スイッチ等、１つの入力信号を複数の出力回路へ繋ぎ換える機能を有するものがある。携帯電話や無線ＬＡＮに用いられているＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）回路ではこのような多投型デバイスが多く使用されている。ＭＥＭＳスイッチはその優れた周波数特性により、ＭＩＭＯ回路における候補デバイスになりうるが、基本的にＭＥＭＳスイッチは上記のような単極単投型の構造であり、多投型の構造は実現されていない。一部市場で入手することが可能な単極双投のＭＥＭＳスイッチは、多投化のためにスイッチ全体を並列化する手法が取られており、１つのスイッチ素子において多投機能が実現されたものではない。

大和田邦樹、「ＲＦＭＥＭＳとその応用」、ケイラボ出版、ｐ．２０

上述のようなスイッチ全体を並列化することで単極双投としたＭＥＭＳスイッチをＭＩＭＯ回路に適用すると、当然ながら素子サイズは大きくなる。これでは、特に小型化が要求されるＭＩＭＯ回路ではＭＥＭＳスイッチは選外になってしまう。ＭＥＭＳスイッチの単純な並列化によって、デバイスサイズが大きく拡大する要因は、主にその駆動回路となるアクチュエータの仕組みにある。ＭＥＭＳスイッチは駆動回路が接点回路に比較して非常に大きく、デバイス面積の殆どを駆動要素、すなわちアクチュエータが占めている。従来のＭＥＭＳスイッチは、１つのアクチュエータで１つの接点だけを駆動し、１の信号経路の継断を行う構造となっている。そのため単極２投なら２倍、単極３投なら３倍というようにスイッチのサイズが増えていき、ＭＥＭＳスイッチが本来有する小型という利点が失われてしまっていた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、より少ない数のアクチュエータにより複数の信号経路の継断が可能であり、ＭＥＭＳスイッチの小型化が可能な接点およびこの接点を用いたスイッチを提供することにある。

本発明による接点は、下記の構成要素（Ａ）〜（Ｃ）を備え、可動部の変位方向に対応した可動接点電極と固定接点電極対とにより当該信号経路の継断を行うものである。
（Ａ）複数の側面を有すると共に、各側面毎に異なる複数方向に往復変位可能な可動部
（Ｂ）可動部の各側面に設けられた可動接点電極
（Ｃ）可動接点電極それぞれを介して互いに異なる複数の信号経路を構成する複数組の固定接点電極対

本発明によるスイッチは、複数の信号経路を有する接点、およびこの接点を駆動すると共に信号経路の切り替えを行う駆動手段を有するものであり、接点として上記本発明の接点を備えている。

本発明の接点またはスイッチでは、可動部が複数の可動接点電極を有し、これら可動接点電極個々に対応した複数の方向に変位し、当該可動接点電極と対向する固定接点電極対とが接触することにより、信号経路の選択が行われる。

本発明の接点およびスイッチによれば、可動部に対して複数の可動接点電極を設けると共に、可動部がこれら可動接点電極個々に対応した複数の方向に往復変位可能としたので、少ない数のアクチュエータでより多くの信号経路の選択が可能となる。すなわち、ＭＥＭＳスイッチにおいて大きな面積を占めるアクチュエータを接点の数だけ設ける必要がなくなり、多投機能を有するＭＥＭＳスイッチの小型化を図ることが可能となる。

本発明の一実施の形態に係るスイッチの全体構成を表す平面図である。 図１に示した接点の構成を表す平面図および断面図である。 図１に示した第１の駆動部および第２の駆動部の構成を表す斜視図である。 第１の駆動部および第２の駆動部の他の構成を表す斜視図である。 図２に示した接点を含むスイッチの製造方法を工程順に表す平面図および断面図である。 図５に続く工程を表す平面図および断面図である。 図６に続く工程を表す平面図および断面図である。 第１の駆動部および第２の駆動部の動作を説明するための図である。 図８に対応する接点の動作を説明するための図である。 第１の駆動部および第２の駆動部の他の動作を説明するための図である。 図１０に対応する接点の動作を説明するための図である。 第２の実施の形態に係る接点を表す平面図および断面図である。 図１２に示した接点の動作を説明するための図である。 第３の実施の形態に係る接点の平面図である。 図１４に示した接点の動作を説明するための図である。 図１４に示した接点の動作を説明するための図である。 第４の実施の形態に係る接点の平面図である。 図１７に示したスイッチの接点の動作を説明するための図である。 第５の実施の形態に係る接点を表す平面図である。 比較例を表す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
［第１の実施の形態］
単極２投型スイッチ
（１）全体構成
（２）製造方法
［第２の実施の形態］
単極２投型スイッチ用接点
［第３の実施の形態］
双極２投型スイッチ用接点
［第４の実施の形態］
単極３投型スイッチ用接点
［第５の実施の形態］
単極３投型スイッチ用接点

［第１の実施の形態］
（全体構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るスイッチ１００の全体構成を表したものである。このスイッチは、例えばＭＩＭＯ回路に用いられる単極２投スイッチであり、接点１と、この接点１を駆動するための駆動装置（アクチュエータ）２とを有している。

図２（Ａ）は、接点１の平面構成を表し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＩＩＡ−ＩＩＡ線における断面構成、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＩＩＣ−ＩＩＣ線における断面構成をそれぞれ表したものである。この接点１は、可動部１０上の可動接点電極２１，２２と、基板１０Ａ上の固定接点電極３１，３２，３３とを有している。可動部１０は、杆４０および杆４０から分岐した補助杆４０Ａ（以下の説明では単に杆４０という。）を介して、駆動装置２（図２には図示せず、図１参照。）に連結されている。

可動部１０は、基板１０ＡをＭＥＭＳ技術を用いて加工することにより形成されたものであり、杆４０により基板１０Ａに対して中空に保持されている。基板１０Ａとしては、例えば、シリコン（Ｓｉ）、シリコン・カーバイト（ＳｉＣ）、シリコン・ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）およびシリコン・ゲルマニウム・カーボン（ＳｉＧｅＣ）などのＳｉ系半導体よりなる基板が挙げられる。基板１０Ａとしては、また、ガラス、樹脂およびプラスチックなどの非Ｓｉ系基板を用いてもよい。基板１０Ａおよび可動部１０の表面には、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）またはＳｉＮ膜とＳｉＯ₂ 膜との積層膜などよりなる絶縁膜１１が設けられている。

基板１０Ａは、一方向に延長された杆４０を間にして２つの領域に分けられており、杆４０の一方の側には固定接点電極３１、杆４０の他方の側には固定接点電極３２，３３が配置されている。固定接点電極３２，３３は絶縁膜１１により互いに電気的に分離されている。固定接点電極３１には入力ポート３１Ａが接続されている。固定接点電極３２には第１出力ポート３２Ａが接続されている。固定接点電極３３には第２出力ポート３３Ａが接続されている。なお、入力ポート３１Ａ，第１出力ポート３２Ａおよび第２出力ポート３３Ａは、必要に応じてそれぞれ、基板１０Ａ内に貫通配線と、基板１０Ａ裏面側に電極パッドとを設けてもよい。周辺配線（図示せず）ないし素子外部配線（図示せず）と、固定接点３１，３２，３３とは入力ポート３１Ａ、第１出力ポート３２Ａ、第２出力ポート３３Ａで電気的に結合される。接続部３１Ａ、３２Ａ、３３Ａから周辺配線、ないしは素子外部配線までの配線引き出し方法は、従来から用いられているワイヤボンド、はんだバンプ、金バンプによる配線方法が可能である。この他、シリコン基板１０Ａに設けた貫通配線や、本素子を封止するカバー基板、例えばＳＤ２、Ｐｙｒｅｘ、シリコン側に設けた貫通配線を利用することが可能である。高周波伝送の観点では、信号線路をより短く設計できる貫通配線と組み合わせることが望ましい。

可動接点電極２１，２２は可動部１０の異なる２つの側面、すなわち杆４０の延長方向において対向する２つの側面１２Ａ，１２Ｂに設けられている。杆４０を延長方向に移動させることにより、可動接点電極２１，２２のいずれかを固定接点電極３１，３２または固定接点電極３１，３３に接触させることが可能となるからである。

具体的には、可動接点電極２１は、可動部１０の側面１２Ａに、固定接点電極３１，３２に対向して配置され、固定接点電極３１，可動接点電極２１および固定接点電極３２が一方の信号経路１Ａ（第１信号経路）を構成している。可動接点電極２２は、可動部１０の側面１２Ｂに、固定接点電極３１，３３に対向して配置され、固定接点電極３１，可動接点電極２２および固定接点電極３２が他方の信号経路１Ｂ（第２信号経路）を構成している。可動接点電極２１，２２は、絶縁膜１１により互いに電気的に分離されている。可動接点電極２１，２２および固定接点電極３１〜３３は、例えば、基板１０Ａ側から、厚み０．１μｍのチタン（Ｔｉ）膜と厚み２μｍの金（Ａｕ）膜とを順に積層した構造を有している。また、金（Ａｕ）またはＡｕを母材とした合金、Ａｌ−Ｃｕ合金などにより構成してもよい。

杆４０は、可動部１０と同様に、基板１０ＡをＭＥＭＳ技術を用いて加工することにより形成されたものである。杆４０の両端は、復帰ばね４１を介してアンカー４２により基板１０Ａに固定されている。杆４０の表面には、可動部１０と同様に、絶縁膜１１が設けられており、杆４０は可動部１０上の可動接点電極２１，２２とは電気的に分離されている。

杆４０は、プッシュプルロッド、すなわち延長方向に沿って往復移動が可能な押し引き棒である。このプッシュプルロッドは絶縁物で構成することができると共に、駆動のための電気回路を杆４０から遠いところに配置することができ、これにより信号が杆４０に流れて周波数特性を劣化させるおそれを小さくすることが可能となる。

駆動装置２は、第１の駆動部１２Ａと、第２の駆動部２Ｂとを有している。第２の駆動部１２Ｂは、例えば、第１の駆動部１２Ａの一部に設けられている。なお、この駆動装置２は、本実施の形態では、櫛歯電極を用いた静電アクチュエータであるが、電磁アクチュエータ、圧電アクチュエータ、熱アクチュエータなど、杆４０を駆動できるものであれば特に限定されない。

図３（Ａ）は、第１の駆動部１２Ａの一部を拡大して表した斜視図である。第１の駆動部１２Ａは、第１固定電極５１および第１可動電極５２を交互に配列した構成を有している。第１固定電極５１および第１可動電極５２は、例えば、互いに噛み合せられた櫛歯電極により構成されている。第１固定電極５１は基板１０Ａに固定されている。第１可動電極５２は、二枚の第１固定電極５１の間に設けられると共に、杆４０に連結されている。第１固定電極５１および第１可動電極５２の櫛歯部分の対向面には電極層（図示せず）が設けられている。

図３（Ｂ）は、第２の駆動部１２Ｂの一部を拡大して表した斜視図である。第２の駆動部１２Ｂは、第１の駆動部１２Ａと同様に、第２固定電極６１および第２固定電極６２を交互に配列した構成を有し、第２固定電極６１および第２可動電極６２は、互いに噛み合せられた櫛歯電極により構成されている。第２固定電極６１は基板１０Ａに固定されている。第２可動電極６２は、杆４０を介して第１可動電極５２に連結されている。第２固定電極６１および第２可動電極６２の櫛歯部分の対向面には電極層（図示せず）が設けられている。

第１固定電極５１および第１可動電極５２と、第２固定電極６１および第２可動電極６２とは、可動部１０と同様に、基板１０Ａの素材例えばシリコン（Ｓｉ）を、公知のリソグラフィー技術を用いて３次元加工することにより形成されたものである。第１可動電極５２および第２可動電極６２は、第１固定電極５１の配列方向Ａに平行に、基板１０Ａの表面に対して水平な方向に変位可能であり、これにより接点１において可動部１０を基板１０Ａの表面に対して水平な方向に変位させるようになっている。すなわち、このスイッチは、接点１において可動接点電極２１，２２および固定接点電極３１〜３３が同一水平面内に設けられ、可動部１０上の可動接点電極２１，２２が水平方向に変位する、いわゆるラテラルスイッチに分類されるものである。

第２の駆動部１２Ｂは、第１可動電極５２の初期位置を、両側の二枚の第１固定電極５１の一方に近い第１初期位置および二枚の第１固定電極５１の他方に近い第２初期位置のいずれか一方に設定するためのものである。これにより、このスイッチでは二方向への動作が可能となっている。

すなわち、第１可動電極５２は単一方向への動作を行うものであるが、その動作方向は、駆動開始時の第１可動電極５２と第１固定電極５１との相対位置によって決まる力のベクトルに依存し、両側の二枚の第１固定電極５１のうち近い方の側へ変位する。よって、後述するように、第１可動電極が第１初期位置にある場合と第２初期位置にある場合とでは、第１可動電極の変位方向が反対になり、二方向の動作が可能となる。

第２の駆動部１２Ｂは、図３（Ｂ）に示したように、第１の駆動部１２Ａよりも電極面積が小さいことが好ましい。すなわち、第１固定電極５１および第１可動電極５２の重なり幅Ｗ１よりも第２固定電極６１および第２可動電極６２の重なり幅Ｗ２のほうが小さいことが好ましい。

その理由は以下の通りである。表１に示したように、第１の駆動部１２Ａは、杆４０を移動させて接点１を駆動するために大きい（強い）力を発生させる必要があるのに対して、第２の駆動部１２Ｂは、第１可動電極５２の初期位置を変更するためのものである。よって、第２の駆動部１２Ｂは、第１の駆動部１２Ａに比べて小さい（弱い）力を発生させれば足り、第１の駆動部１２Ａよりも電極面積は小さくてすむ。従って、初期位置の変更のために第１の駆動部１２Ａと同じ駆動部をもう一つ設ける場合に比べて、第２の駆動部１２Ｂの占有面積を小さくすることができ、駆動装置２全体の占有面積の点で圧倒的に有利となる。

第２の駆動部１２Ｂの構成は、図３（Ｂ）に示したように第１の駆動部１２Ａよりも電極面積すなわち重なり幅Ｗ２を小さくすることに限られない。例えば、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示したように、第２固定電極６１および第２可動電極６２の枚数を、第１固定電極５１および第１可動電極５２の枚数よりも少なくしてもよい。あるいは、第２固定電極６１および第２可動電極６２の間の隙間を、第１固定電極５１および第１可動電極５２の間の隙間よりも狭くしてもよい。第２の駆動部１２Ｂで発生させる力は第１の駆動部１２Ａよりも小さいので、第２可動電極６２のストローク（変位距離）も小さくてすむからである。

このスイッチは、例えば、次のようにして製造することができる。

図５ないし図７は、このスイッチの製造方法を工程順に表したものである。まず、図５に示したように、上述した材料、例えばシリコン（Ｓｉ）よりなる基板１０Ａを用意する。なお、この基板１０Ａには、入力ポート３１Ａ，第１出力ポート３２Ａおよび第２出力ポート３３Ａとして、リソグラフィー技術および高アスペクト比加工、例えばＭＥＭＳ技術を用いた３次元加工を用いて基板裏面への貫通配線を設けることによりＴＳＶ（Through Silicon Via）を形成してもよい。

次いで、図６に示したように、例えばＭＥＭＳ技術を用いて、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching ；反応性イオンエッチング）により基板１０Ａを垂直に加工し、可動部１０および杆４０を形成する。このとき、第１駆動部２Ａの第１固定電極５１および第１可動電極５２、並びに第２駆動部２Ｂの第２固定電極６１および第２可動電極６２も同時に形成する。

続いて、図７に示したように、基板１０Ａ，可動部１０および杆４０の表面に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法またはＰＶＤ（Physical Vapor Deposition ；物理蒸着）法により、上述した材料よりなる絶縁膜１１を形成する。このとき、第１駆動部２Ａの第１固定電極５１および第１可動電極５２、並びに第２駆動部２Ｂの第２固定電極６１および第２可動電極６２の表面にも絶縁膜１１を同時に形成する。

そののち、図２に示したように、スパッタ法または蒸着法により、基板１０Ａ上に固定電極３１〜３３を形成すると共に、可動部１０の側面１２Ａ，１２Ｂに可動電極２１，２２を形成する。このとき第１駆動部２Ａの第１固定電極５１および第１可動電極５２、並びに第２駆動部２Ｂの第２固定電極６１および第２可動電極６２の表面にも、電極膜 （図示せず）を同時に形成する。以上により、図１に示したスイッチ１００が完成する。

このスイッチ１００では、図８（Ａ）に示したように、オフ動作時において、第１固定電極５１、第１可動電極５２および第２可動電極６２、第２固定電極６１は、いずれも接地電位とされている。このとき、第１可動電極５２は第１初期位置Ｐ１にあり、両側の二枚の第１固定電極５１Ａ，５１Ｂのうち一方の第１固定電極５１Ｂに近い。すなわち、第１可動電極５２と第１固定電極５１Ａとの間の距離Ｄ１は、第１可動電極５２と第１固定電極５１Ｂとの間の距離Ｄ２よりも大きい。

ここで、図８（Ｂ）に示したように、オン動作時において、第１固定電極５１の電位を例えば５Ｖとし、第１可動電極５２および第２可動電極６２、第２固定電極６１は、いずれも接地電位とする。これにより、第１可動電極５２と第１固定電極５１Ｂとの間に駆動力として静電力が発生し、第１可動電極５２が、第１固定電極５１Ｂ側に吸引されて、第１固定電極５１の配列方向Ａに平行に変位する。それに連動して杆４０がその延長方向に矢印Ｂ１方向へ（図８（Ｂ）において右へ）大きく移動する。

この杆４０の移動に伴って、図９（Ｂ）に示したように、接点１において可動部１０がその側面の可動接点電極２１に垂直な方向、すなわち固定接点電極３１，３２側に水平に移動し、可動接点電極２１と固定接点電極３１，３２とが接触する。これにより、図９（Ａ）に示したように、固定接点電極３１，可動接点電極２１および固定接点電極３２よりなる信号経路１Ａが閉じられた状態となり、入力ポート３１Ａから入力された信号は第１出力ポート３２Ａに出力される。

一方、図１０（Ａ）に示したオフ動作時、すなわち第１可動電極５２が第１初期位置Ｐ１にある場合に、図１０（Ｂ）に示したように、第２固定電極６１の電位を例えば５Ｖとし、第１可動電極５２および第２可動電極６２、第１固定電極５１は、いずれも接地電位とする。これにより、第２可動電極６２と第２固定電極６１との間に駆動力として静電力が発生し、第２可動電極６２が、第２固定電極６１側に吸引されて、第２固定電極６１の配列方向Ａに平行に変位する。それに連動して杆４０がその延長方向に矢印Ｂ２方向へ （図１０（Ｂ）において左へ）小さく移動する。

この杆４０の移動に伴って、第１可動電極５２が第２初期位置Ｐ２に移動し、両側の二枚の第１固定電極５１Ａ，５１Ｂのうち他方の第１固定電極５１Ａに近くなる。すなわち、第１可動電極５２と第１固定電極５１Ｂとの間の距離Ｄ２は、第１可動電極５２と第１固定電極５１Ａとの間の距離Ｄ１よりも大きくなる。

ここで、図１０（Ｃ）に示したように、オン動作時において、第１固定電極５１および第２固定電極６１の電位を例えば５Ｖとし、第１可動電極５２および第２可動電極６２を接地電位とする。これにより、第１可動電極５２と第１固定電極５１Ａとの間に駆動力として静電力が発生し、第１可動電極５２が、第１固定電極５１Ａ側に吸引されて、第１固定電極５１の配列方向Ａに平行に変位する。それに連動して杆４０がその延長方向に矢印Ｂ２方向へ（図５（Ｂ）において左へ）大きく移動する。

この杆４０の移動に伴って、図１１（Ｂ）に示したように、接点１において可動部１０がその側面の可動接点電極２２に垂直な方向、すなわち固定接点電極３１，３３側に水平に移動し、可動接点電極２２と固定接点電極３１，３３とが接触する。これにより、図１１（Ａ）に示したように、固定接点電極３１，可動接点電極２２および固定接点電極３３よりなる信号経路１Ｂが閉じられた状態となり、入力ポート３１Ａから入力された信号は第２出力ポート３３Ａに出力される。

次に、比較例を参照して本実施の形態の効果について説明する。

図２０は、従来用いられている単極２投型のスイッチ２０１の平面構成を表したものである。このスイッチ２０１は２つのＭＥＭＳスイッチ２０１Ａ，２０１Ｂからなる。ＭＥＭＳスイッチ２０１Ａは基板上に形成された２つの信号線２１１Ａと、信号を継断するための接点２１４Ａと、この接点２１４Ａを駆動するための一対のアクチュエータ２１５Ａから構成されている。接点２１４Ａは、固定接点電極２１２Ａおよび可動接点電極２１３Ａからなる。アクチュエータ１１５Ａは引き下げ電極２１６Ａ、可動電極２１７Ａおよびアンカー２１８Ａにより構成されている。図２０からも明らかなように、このスイッチ２０１においてアクチュエータ２１５Ａの占める面積は大きく、これを並列化した単極２投型のスイッチ２０１は自ずと大型化する。

これに対して本実施の形態では、可動部１０の２つの側面１２Ａ，１２Ｂに可動接点電極２１，２２を設けると共に、これら可動接点電極２１，２２を杆４０介してアクチュエータ（駆動装置２）に連結している。可動接点電極２１，２２は、杆４０の変位に連動して、固定接点電極３１，３２または固定接点電極３１，３３への接触が選択され、１つのアクチュエータで２つの信号経路（接点）の切り替えがなされる。これによりＭＥＭＳスイッチを用いた多投化において、大型化の要因であったアクチュエータを接点の数だけ設ける必要がなくなり、多投機能を有するＭＥＭＳスイッチの小型化が実現可能となる。

加えて、本実施の形態では、駆動装置２を構成する第１の駆動部１２Ａに加えて第２の駆動部１２Ｂを設け、この第２の駆動部２Ｂにより、第１可動電極５１を２つの初期位置、すなわち第１固定電極５１Ｂに近い第１初期位置Ｐ１と、第１固定電極５１Ａに近い第２初期位置Ｐ２とに設定可能としたので、第１可動電極５１を矢印Ｂ１，Ｂ２の二方向へ動作させることが可能となり、１つの駆動装置２で２つの信号経路１Ａ，１Ｂを含む接点１の継断が可能となる。

以下、本発明の他の実施の形態を説明する。なお、第１の実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付してその説明を適宜省略する。

［第２の実施の形態］
図１２（Ａ）は第２の実施の形態に係る接点２の平面構成を表し、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＩＤ−ＩＤ線における断面構成を表したものである。本実施の形態は、基板１０Ａを３次元加工することにより、可動部１０を入力側の固定接点電極３１と一体的に形成したものであり、両者は機械的かつ電気的に連結された構成を有する。可動部１０は固定接点電極３１を支点として片持ち梁を構成しており、杆４０の変位に連動して固定接点電極３１部分を中心として水平方向に回動可能となっている。これにより可動接点電極２３が固定接点電極３２，３３の間で変位可能となっている。

固定接点電極３１側と同様に、可動部１０の上面から両側面にかけて絶縁膜１１が設けられ、この絶縁膜１１上にＴｉ膜とＡｕ膜との積層膜が設けられることにより可動接点電極２３を構成している。第１の実施の形態では可動接点電極２１，２２および固定接点電極３１が互いに独立して設けられていたが、本実施の形態ではこれらを一体化して、接触部分が簡略化されている。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

この接点２では、接点１と同様に、図１３（Ａ）に示したように、杆４０が固定接点電極３２側に移動すると、これに伴って可動部１０が固定接点電極３２側に水平に移動し、可動接点電極２３の側面が固定接点電極３２とが接触する。これにより固定接点電極３１，可動接点電極２１および固定接点電極３２よりなる信号経路が閉じられた状態となり、入力ポート３１Ａから入力された信号は第１出力ポート３２Ａに出力される。

一方、図１３（Ｂ）に示したように、杆４０が固定接点電極３３側に移動すると、これに伴って可動部１０が固定接点電極３３側に水平に移動し、可動接点電極２１と固定接点電極３３とが接触する。これにより固定接点電極３１，可動接点電極２１および固定接点電極３３よりなる信号経路が閉じられ、入力ポート３１Ａから入力された信号は第２出力ポート３３Ａに出力される。

本実施の形態の接点２では、接点１と比較してその構造が簡略化されるため、不良モードの発生箇所が少なくなり、信頼性がより向上する。その他の作用・効果は第１の実施の形態と同様である。

［第３の実施の形態］
図１４は、本発明の第３の実施の形態に係る接点３の平面構成を表したものである。本実施の形態は第１の実施の形態の接点１を複数、例えば２個並列に配置したものである。この接点３は、一般に平衡回路の切り換えに使用されている双極２投（ＤＰＤＴ：Double Pole/Double Throw）型のスイッチに対応している。

この接点３では、図１５（Ｂ）に示したように、杆４０に連動して可動部１０ａが固定接点電極３１Ａ，３２Ａ側に水平に移動すると、可動接点電極２１Ａと固定接点電極３１Ａ，３２Ａとが接触する。同時に、可動部１０ｂも固定接点電極３１Ｂ，３２Ｂ側に移動し、可動接点電極２１Ｂと固定接点電極３１Ｂ，３２Ｂとが接触する。これにより図１５（Ａ）に示したように、固定接点電極３１Ａ，可動接点電極２１Ａおよび固定接点電極３２Ａよりなる信号経路Ａと、固定接点電極３１Ｂ，可動接点電極２１Ｂおよび固定接点電極３２Ｂよりなる信号経路Ｂが閉じられる。よって入力ポート３１Ａおよび３１Ｂから入力された信号は第１Ａ出力ポート３２Ａおよび第２Ａ出力ポート３２Ｂに出力される。

一方、図１６（Ｂ）に示したように、杆４０に連動して可動部１０ａが固定接点電極３１Ａ，３３Ａ側に水平に移動すると、可動接点電極２１Ａと固定接点電極３１Ａ，３３Ａとが接触する。同時に、可動部１０ｂが固定接点電極３１Ｂ，３３Ｂ側に移動し、可動接点電極２１Ｂと固定接点電極３１Ｂ，３３Ｂとが接触する。これにより図１６（Ａ）に示したように、固定接点電極３１Ａ，可動接点電極２１Ａおよび固定接点電極３３Ａよりなる信号経路Ｃと、固定接点電極３１Ｂ，可動接点電極２１Ｂおよび固定接点電極３３Ｂよりなる信号経路Ｄが閉じられる。よって入力ポート３１Ａおよび３３Ｂから入力された信号は第１Ｂ出力ポート３３Ａおよび第２Ｂ出力ポート３３Ｂに出力される。

本実施の形態の接点３は、２つの可動部１０ａ，１０ｂにより計４つの可動接点電極３１Ａ，３１Ｂ、３２Ａ，３２Ｂを有し、これにより小型化を実現できると共に、これら４つの接点構造を１つのアクチュエータによって駆動することができる。従来構造のＭＥＭＳ接点１０１を用いて双極２投型のスイッチを構成した場合では４つの接点駆動に４つのアクチュエータを必要とする。本実施の形態では、アクチュエータの占有面積だけを考えても、その面積は従来の接点１０１の１／４となる。

［第４の実施の形態］
図１７は、本発明の第４の実施の形態に係る接点４の平面構成を表したものである。この接点４は、３つの接点を有する単極３投型（ＳＰ３Ｔ：Single Pole/Three Throw ）のスイッチである。本実施の形態は、例えば矩形状の基板１０Ａの中央部分および一部をくり抜き、三隅に固定接点電極３４〜３６を設けたものである。固定接点電極３４は入力側の固定接点電極３４Ａおよび出力側の固定接点電極３４Ｂ、固定接点電極３５は入力側の固定接点電極３５Ａおよび出力側の固定接点電極３５Ｂ、固定接点電極３６は入力側の固定接点電極３６Ａおよび出力側の固定接点電極３６Ｂによりそれぞれ構成されている。

可動部１０はリング形状を有し、複数、例えば８個の側面を有している。この可動部１０の３つの側面には１つ置きに可動接点電極２４〜２６が設けられている。これら可動接点電極２４〜２６はそれぞれ固定接点電極３４〜３６に空隙を介して対向している。可動部１０の中央の可動接点電極２５に対向する側面部分は、ミアンダバネ７０を介して支持部７１に連結されている。可動部１０のミアンダバネ７０の連結部の両側には２本の杆４１，４２が結合されている。これら杆４１，４２は基板１０Ａの面内において互いに直交するように設けられている。すなわち、本実施の形態では、可動部１０がミアンダバネ７０によりその平衡性が保持されると共に、杆４１，４２のいずれか一方あるいは両方の軸方向の変位により可動接点電極２４〜２６のいずれかが、対向する固定接点電極３４〜３６に接触可能となっている。なお、本実施の形態ではミアンダバネ７０を有しているが、態様によってはなくてもよい。

この接点４は、可動接点電極２１，２２が杆４０に連動して一軸上を移動する前述の接点１〜３とは異なり、２本の杆４１，４２それぞれの押し引きの組み合せ、あるいはその駆動距離によって、基板１０Ａに水平な面内に複数の移動軸を有するものである。杆４１，４２はそれぞれ別のアクチュエータにより駆動されるようになっている。

例えば、図１８（Ａ）に示したように、杆４１を左に引くと共に杆４２を上に押すことによって可動部１０は左上に移動し、入力側の固定接点電極３４Ａと出力側の固定接点電極３４Ｂが可動接点電極２４を介して電気的に接続される。同様に、図１８（Ｂ）に示したように杆４１を右に、杆４２を上に押すと、可動部１０は右上に移動し、入力側の固定接点電極３５Ａと出力側の固定接点電極３５Ｂが可動接点電極２５を介して電気的に接続される。更に、図１８（Ｃ）に示したように杆４１を右に、杆４２を下に引くことによって、入力側の固定接点電極３６Ａと出力側の固定接点電極３６Ｂが可動接点電極２６を介して電気的に接続される。

このように本実施の形態の接点４では、２つの杆４１，４２によって、可動部１０から見て３つの異なる方位に配置された固定接点電極３４〜３６のうち任意の固定接点電極の信号経路の継断を行うことができる。すなわち３つの接点を２つのアクチュエータで開閉制御することができ、これにより小型の単極３投型のＭＥＭＳスイッチを実現することができる。

［第５の実施の形態］
図１９は、本発明の第５の実施の形態に係る接点５の平面構成を表したものである。本実施の形態は、入力側の固定接点電極３７と可動部１０とを一体化し、単極３投型のスイッチを構成したものである。可動部１０は矩形状を有し、その表面から３つの側面にかけて共通の可動接点電極２７が設けられている。可動部１０の固定接点電極３７に繋がる１辺に対向する辺の両端には絶縁体からなる杆４１，４２が連結されている。杆４１，４２が絶縁体により形成されることによって、信号が流れる可動接点電極２７および固定接点電極３４〜３７と、駆動部（図示せず）との絶縁が確保される。因みに、可動接点電極２７および固定接点電極３４〜３７は、高抵抗シリコン基板上にＳｉＮ膜／ＳｉＯ₂膜を介してＡｕ／Ｔｉ薄膜により形成されている。一方、杆４１，４２は高抵抗シリコン基板からなり、且つ可動接点電極２７および固定接点電極３７とは絶縁膜ＳｉＮ膜／ＳｉＯ₂膜を介して絶縁されている。杆４１，４２はそれぞれ別のアクチュエータにより駆動されるようになっている。可動部１０の固定接点電極３７が設けられた１辺を除く他の３辺に対向する位置には固定接点電極３４〜３６が配置されている。

この接点５においても、第４の実施の形態と同様に、杆４１，４２の押し引きの組合せ、あるいはその駆動距離によって可動接点電極２７を３つの方向に変位させることができ、これにより固定接点電極３７と固定接点電極３４〜３６それぞれとで構成される３つの信号経路の継断がなされる。よって接点４と同様の単極３投型のスイッチを構成することができる。

なお、接点４と接点５とを比較すると、固定接点電極３４〜３６と可動接点電極２４〜２６（２７）の押付け強度の制御に関しては、接点４の方が接点５よりも容易である。可動部１０は、各可動接点電極２４〜２６を形成する基板部（図示せず）と、各可動接点電極２４〜２６間を接続し各可動接点電極２４〜２６を中空に保持する支持部（図示せず）とから構成される。各基板部および各支持部の剛性は任意、独立に設計することが可能であり、これによって各可動接点電極２４〜２６と各固定接点電極３４〜３６との接圧を細かく制御することができる。従って、接点の接触信頼性に関しては、接点４の方がより高精度に製造することが容易であり、結果として、信頼性の高い接点を実現できる可能性が高い。接点４は理想的な機械設計を実現するという観点で、より望ましい実施の形態であると言える。一方、小型化および製造工程の簡略化という点では、配線数の少ない接点５の方が優れていると言える。

以上、実施の形態および変形例等を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では単極３投型までの接点構造について説明したが、上記実施の形態の動作原理を応用し、可動接点電極の多角化と杆の追加によって、単極４投以上の接点構造も容易に実現できるものである。

１，２，３，４，５，２０１…接点、１０…可動部、１０Ａ…基板、１１…絶縁膜、１２Ａ…第１の駆動部、１２Ｂ…第２の駆動部、２１，２２…可動接点電極、３１，３２…固定接点電極、４０…杆、４０Ａ…補助杆、４１…復帰ばね、４２…アンカー、５１…第１固定電極、５２…第１可動電極、６１…第２固定電極、６２…第２可動電極、７０…ミアンダバネ、７０Ａ…支持部、１００…スイッチ。

Claims (9)

1. 複数の側面を有すると共に、各側面毎に異なる複数方向に往復変位可能な可動部と、
   前記可動部の各側面に設けられた可動接点電極と、
   前記可動接点電極それぞれを介して互いに異なる複数の信号経路を構成する複数組の固定接点電極対とを備え、
   前記可動部の変位方向に対応した前記可動接点電極と前記固定接点電極対とにより当該信号経路の継断を行う、接点。
2. 前記可動部は、駆動手段に対して杆を介して連結され、前記杆の変位に連動して前記側面に垂直な方向に変位する、請求項１に記載の接点。
3. 前記固定接点電極対は信号入力側の第１固定接点電極および信号出力側の第２固定接点電極により構成されると共に、前記可動接点電極は前記可動部の各側面に複数個独立して設けられ、かつ前記可動接点電極各々と前記第１固定接点電極とは電気的に独立している、請求項１に記載の接点。
4. 前記固定接点電極対は信号入力側の第１固定接点電極および信号出力側の第２固定接点電極により構成されると共に、前記可動接点電極と前記第１固定接点電極とが電気的に接続されている、請求項１に記載の接点。
5. 前記可動部は１つの杆によって駆動され一軸方向に往復移動する、請求項１に記載の接点。
6. 前記可動部、前記可動接点電極および前記固定接点電極対が複数組並列化されており、前記１の杆によって前記可動部が同時に駆動される、請求項５に記載の接点。
7. 前記可動部は複数の杆によって駆動され、複数の軸方向に往復移動する、請求項１に記載の接点。
8. 前記可動部はシリコン基板を加工することにより形成されたものであり、前記シリコン基板の水平面内で移動する、請求項１に記載の接点。
9. 複数の信号経路を有する接点、および前記接点を駆動すると共に前記信号経路の切り替えを行うための駆動手段を有し、
   前記接点は、
   複数の側面を有すると共に杆を介して前記駆動手段に連結され、かつ各側面毎に異なる複数方向に往復変位可能な可動部と、
   前記可動部の各側面に設けられた可動接点電極と、
   前記可動接点電極それぞれを介して前記複数の信号経路を構成する複数組の固定接点電極対とを備え、
   前記可動部の変位方向に対応した前記可動接点電極と前記固定接点電極対とにより当該信号経路の継断を行う、スイッチ。

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