JP2017050174A - 圧電型ｍｅｍｓスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】接触不良を低減可能な圧電型ＭＥＭＳスイッチを提供する。
【解決手段】圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００では、圧電駆動素子における電圧印加により変形する第１ビーム１３と、第１ビーム１３に設けられ、第１ビーム１３の変形により信号線間の接続と切断とを切り替える接点部１５ｂを備えた接触端子１５と、接触端子１５を複数の方向から支持する支持部材３０と、を備える。これにより、接点部１５ｂが第２信号線２４と接触する際に生じる力を分散することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、圧電型ＭＥＭＳスイッチに関する。

従来からスイッチング装置として電気式微小機械装置（Micro Electromechanical System：ＭＥＭＳ）を用いたものが知られている。このようなスイッチング装置では、圧電素子によって移動する可撓性部材からなるビーム（梁）に取り付けられた接触端子を用いて信号線間の接続及び切断を行っている（例えば、特許文献１〜４参照）。

米国特許第８５５２６２１号 米国特許第８６０４６７０号 特開２００９−２６６５１５号公報 特開２０１０−１７７１４３号公報

接触端子は信号線間の接続及び切断を切り替えるための端子であるため、信号線に対する接触を繰り返す。このとき、信号線と接触端子との接触時に生じる力を受けて両者に変形等が生じる可能性がある。変形等が生じた場合には、信号線と接触端子との接触が好適に行われなくなるため、接触不良が生じる可能性がある。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、接触不良を低減可能な圧電型ＭＥＭＳスイッチを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチは、圧電駆動素子における電圧印加により変形する可撓性部材と、前記可撓性部材に設けられ、前記可撓性部材の変形により信号線間の接続と切断とを切り替える接点部を備えた接触端子と、前記接触端子を複数の方向から支持する支持部材と、を備えることを特徴とする。

上記の圧電型ＭＥＭＳスイッチによれば、可撓性部材に設けられた接触端子が支持部材によって複数の方向から支持されていることで、接点部が信号線と接触する際に生じる力を分散させることができる。そのため、例えば、変形や破損等を防ぐことができるため、圧電型ＭＥＭＳスイッチの接触不良を低減することができる。

ここで、前記可撓性部材における前記接触端子が取り付けられる端部には、凹部が設けられ、前記接触端子は、前記可撓性部材上の凹部周縁から前記凹部側に突出し、前記支持部材は、前記可撓性部材上の凹部周縁における前記接触端子の取り付け位置とは異なる位置に対して端部が固着された状態で前記接触端子を前記接点部が設けられた側とは逆側から支持する態様とすることができる。

上記のように、接触端子が可撓性部材の凹部に対して突出している構成を備える場合、支持部材において、可撓性部材に固着されている部分と、接触端子と固着されている部分との距離を短くすることができるため、接触端子の支持をより強固に行うことができる。

また、前記信号線は、前記可撓性部材上に設けられると共に前記接触端子と接続して固定された第１信号線と、第２信号線支持部材上に設けられた第２信号線とを含み、前記可撓性部材と前記第２信号線支持部材とは、互いに離間して対向配置され、前記第２信号線支持部材における前記可撓性部材側の端部には、前記可撓性部材側へ突出する凸部が設けられ、前記可撓性部材における前記凹部は、前記凸部に対応した形状である態様とすることもできる。

上記の構成を備えることで、圧電型ＭＥＭＳスイッチにおける主要部となる接触端子、可撓性部材、第１信号線、第２信号線支持部材及び第２信号線をコンパクトに配置することができ、接点部にかかる力による接触端子の変形の抑制効果を持ちつつ、スイッチとしての機能を好適に発揮することができる。

支持部材は、前記可撓性部材に対して端部が固着された状態で前記接触端子を面的に支持する態様とすることができる。

上記のように、支持部材が接触端子を面的に支持する構成を備えることで、接触端子において接点部が信号線と接触する際に生じる力を分散させる効果を更に高めることができる。

また、前記支持部材は、前記可撓性部材とは別材料によって構成される態様とすることができる。

上記のように、支持部材の構成材料が可撓性部材とは異なる場合、可撓性部材と支持部材との間に固着面（接合面）が形成されるため、同じ材料により構成されている場合と比較して、接点部にかかる力による接触端子の変形の抑制効果が高くなる。

本発明によれば、接触不良を低減可能な圧電型ＭＥＭＳスイッチが提供される。

圧電型ＭＥＭＳスイッチの概略構成を説明するブロック図である。 圧電駆動素子の構成について説明する概略断面図である。 圧電型ＭＥＭＳスイッチにおける接点部材の機能について説明する概略断面図である。 本実施形態に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチが適用される電子機器の一例の概略構成図である。 本実施形態に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチに係る第１ビーム及び第２ビームの概略斜視図である。 本実施形態に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明するフロー図である。 本実施形態に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する概略断面図である。 本実施形態に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する概略断面図である。 本実施形態に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する概略断面図である。 本実施形態に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する概略断面図である。 本実施形態に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する概略断面図である。 本実施形態に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する概略断面図である。 本実施形態に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する概略断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００の概略構成を示す図である。

圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００は、所謂高周波スイッチ（ＲＦスイッチ）の１つであり、圧電アクチュエータによって機械的にスイッチングを行う装置である。

図１に示すように、圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００は、第１駆動部ＳＰ１と、第１信号線１４と、接触端子１５と、第１グランド（第１ＧＮＤ）１６と、第２駆動部ＳＰ２と、第２信号線２４と、第２グランド（第２ＧＮＤ）２６と、を含んで構成される。第１駆動部ＳＰ１は、第１駆動素子１１（圧電駆動素子）と、第１駆動回路１２と、第１ビーム１３（梁）とを含んで構成される。また、第２駆動部ＳＰ２は、第２駆動素子２１と、第２駆動回路２２と、第２ビーム２３（梁）とを含んで構成される。また、圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００を構成する上述の要素は、例えば筐体等の固定部材ＰＫによって覆われた状態とされる。

第１信号線１４及び第２信号線２４はそれぞれＣｕ等の導体から構成される。また、接触端子１５は、例えばＡｕ等の導体から構成される。圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００では、外部からの入力信号を第１信号線１４及び第２信号線２４を介して導き、第２信号線２４から出力信号として外部へ出力する。第１信号線１４と第２信号線２４との間は、接触端子１５により接続及び切断が切り換えられる。

接触端子１５が、第１信号線１４に固定されている場合は、接触端子１５が第２信号線２４に対して接触することで、第１信号線１４と第２信号線２４との間が電気的に接続（ＯＮ）され、接触端子１５が第２信号線２４から離間することで、第１信号線１４と第２信号線２４との間が電気的に切断（ＯＦＦ）される。接触端子１５は、第１信号線１４ではなく、第２信号線２４に固定することもできる。

接触端子１５が、第１信号線１４及び第２信号線２４の双方から離間している構造の場合、接触端子１５の移動によって、接触端子１５が第１信号線１４及び第２信号線２４の双方に対して接触することで、第１信号線１４と第２信号線２４との間が電気的に接続（ＯＮ）され、接触端子１５が第１信号線１４及び第２信号線２４から離間することで、第１信号線１４と第２信号線２４との間が電気的に切断（ＯＦＦ）される。

なお、第１信号線１４と第１ＧＮＤ１６とは、電磁気学的な影響が生じる程度に近接配置されており、所定の特性インピーダンスを有する高周波線路が形成される。また、第２信号線２４と第２ＧＮＤ２６とは、電磁気学的な影響が生じる程度に近接配置されており、所定の特性インピーダンスを有する高周波線路が形成される。第１ＧＮＤ１６と、第２ＧＮＤ２６とは、電気的に接続されており、同電位に固定されていることが好ましい。これらのグランドは、第１信号線１４と第２信号線２４を一続きの高周波線路、例えばＣＰＷ（Ｃｏｐｌａｎａｒ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）を形成する。なお、第１信号線１４と第１ＧＮＤ１６との間には容量Ｃ１が介在し、第２信号線２４と第２ＧＮＤ２６との間には容量Ｃ２が介在する。

接触端子１５による第１信号線１４と第２信号線２４との間の接続及び切断の切り替えは、第１信号線１４、接触端子１５及び第２信号線２４のうちの一部の物理的な移動によって行われる。第１駆動部ＳＰ１は、第１駆動素子１１によって、第１ビーム１３を変形させ、第１信号線１４に接触端子１５が固定されている場合には、これら双方を移動させ、第１信号線１４に接触端子１５が固定されていな場合には、接触端子１５を移動させる機能を有している。

第２駆動部ＳＰ２は、第２駆動素子２１によって、第２ビーム２３を変形させることができるので、第２ビーム２３に固定された第２信号線２４は、必要に応じて、接触端子１５の方向へ移動したり、離間することができる。なお、第２ビーム２３を変形する必要が無い場合には、第２駆動素子２１には第２駆動回路２２から駆動信号は与えられず、第２ビーム２３の変形が不要である場合は、第２駆動回路２２は無くてもよい。

第１駆動部ＳＰ１では、制御回路ＣＯＮＴからの信号に基づいて第１駆動回路１２からの電圧印加により、第１駆動素子１１が変形する。第１ビーム１３（可撓性部材）は、可撓性を有する部材により構成され第１駆動素子１１の変形に伴って変形する。

同様に、第２駆動部ＳＰ２では、制御回路ＣＯＮＴからの信号に基づいて第２駆動回路２２からの電圧印加により、第２駆動素子２１が変形する。第２ビーム２３（第２信号線支持部材）は、可撓性を有する部材により構成され第２駆動素子２１の変形に伴って変形する。

図２は、圧電駆動素子の構成について説明する概略断面図である。

以下では、ＸＹＺ三次元直交座標系を設定する。図１に示した第１ビーム１３の厚み方向をＺ軸方向とし、長手方向をＸ軸方向として、Ｚ軸及びＸ軸の双方に垂直な幅方向をＹ軸方向とする。

図２に示すように、第１駆動部ＳＰ１の第１駆動素子１１は、Ｐｔ等の下部電極１１ａ、圧電体１１ｂ、及びＰｔなどの上部電極１１ｃをＺ方向に積層配置した構成を有する。この第１駆動素子１１の下部電極１１ａと上部電極１１ｃとの間に電圧を印加することにより、圧電体１１ｂの厚さが増加し、面内寸法が減少する（面内方向では縮む）。

第１駆動素子１１が、圧電素子である場合の材料について、補足説明する。

圧電体の材料としては、電気機械結合係数が大きく、伝搬損失およびパワーフロー角が小さく、遅延時間温度係数が小さい材料が好ましい。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）などが好適である。各層の形成には、従来公知の成膜方法を適宜用いることができ、例えば、蒸着法、スパッタリング法、化学的気相成長（ＣＶＤ）法、プラズマアシスト気相成膜（ＰＣＶＤ）法、めっき等を用いることができる。その他、圧電体の材料としては、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）、チタン酸ビスマスナトリウム（ＢＮＴ）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ビスマス鉄酸化物（例えば、ＢｉＦｅＯ_３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）等を用いることができる。

第１駆動素子１１の寸法について説明する。

第１駆動素子１１のＸ軸方向の寸法は２００μｍ（５０μｍ〜５００μｍ）、Ｙ軸方向の寸法は２５０μｍ（５０μｍ〜５００μｍ）、Ｚ軸方向の寸法は２μｍ（０．３μｍ〜３μｍ）である。なお、括弧内は、好適範囲を示している。この場合、第１駆動素子１１の形態的なバランスが、小型化された圧電型ＭＥＭＳスイッチに要求される駆動素子の微小変位（サブミクロンから数ミクロン）を制御しやすいものとなるという効果がある。

第２駆動部ＳＰ２の第２駆動素子２１についても、第１駆動素子１１と同様に、下部電極２１ａ、圧電体２１ｂ、及び上部電極２１ｃを含んで構成される。また、第２駆動素子２１の構造、材料及び作用効果は、第１駆動素子１１の場合と同一である。さらに、第２駆動素子２１のＸＹ平面内の形状は、第２ビーム２３のＸＹ平面内の形状と同一であり、これらが固着しているため、第２駆動素子２１の変形の通りに、第２ビーム２３は変形する。

図３は、第１ビーム１３及び第２ビーム２３の周辺構造を説明する概略構造図である。

本実施形態に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００では、第１ビーム１３及び第２ビーム２３はそれぞれＸ軸方向に延びる平板状の可撓性部材であり、長手方向がＸ軸方向に沿って整列し、同一のＸＹ平面内に配置されている。第１ビーム１３の−Ｘ方向の一端側及び第２ビーム２３の＋Ｘ方向の一端側がそれぞれ固定部材ＰＫに対して固定されていて、第１ビーム１３及び第２ビーム２３において、互いに対向する先端部分は、自由端とされている。すなわち、第１ビーム１３及び第２ビーム２３は所謂片持ち梁構造を有する。

第１ビーム１３には第１信号線１４が取り付けられていると共に、第２ビーム２３には第２信号線２４が取り付けられている。第１信号線１４及び第２信号線２４は、それぞれ第１ビーム１３及び第２ビーム２３の延在方向（Ｘ軸方向）に沿って配置されている。また、第１ビーム１３における自由端側の端部には接触端子１５が取り付けられる。接触端子１５は、第１信号線１４と接続している。接触端子１５は、第１ビーム１３から接続する本体部１５ａ（接触端子本体）と、本体部１５ａから突出する接点部１５ｂとを含んで構成される。接点部１５ｂは、本体部１５ａにおいて、第２信号線２４と対向する位置に設けられる。接触端子１５は導体により構成されて、第１駆動素子１１及び第２駆動素子２１が駆動していない状態では、本体部１５ａにおいて第１信号線１４に対して接続する側の端部とは逆側の端部に設けられ、第２信号線２４側へ突出する接点部１５ｂが第２信号線２４に対して離間した状態に配置される。なお、接触端子１５の接点部１５ｂは、接触端子１５の本体部１５ａと同一の材料であってもよいし、本体部１５ａとは別の材料であってもよい。

第１駆動素子１１は、第１ビーム１３と固着しているため、第１駆動素子１１の変形の通りに、第１ビーム１３は変形する。また、第２駆動素子２１は、第２ビーム２３と固着しているため、第２駆動素子２１の変形の通りに、第２ビーム２３は変形する。

第１駆動素子１１に対して電圧を印加することによって第１駆動素子１１と連動して変形すると、第１ビーム１３が変形し、接点部１５ｂが下方へ移動する。同様に、第２駆動素子２１に対して電圧を印加することによって第２駆動素子２１と連動して変形すると、第２ビーム２３が変形する。第１ビーム１３の変形及び／又は第２ビーム２３の変形により、接点部１５ｂが第２ビーム上の第２信号線２４と接触する。これにより、接触端子１５を介して第１信号線１４と第２信号線２４との間が電気的に接続される。

なお、接触端子１５による第１信号線１４と第２信号線２４との間の接続及び切断の切り替えができる構成であれば、第１駆動部ＳＰ１及び第２駆動部ＳＰ２の構成は特に限定されない。例えば、第１駆動部ＳＰ１及び第２駆動部ＳＰ２の一方は駆動回路を備えず、駆動素子の圧電駆動によってビームが移動しない（すなわち、固定部材ＰＫに対して固定される）構成であってもよい。この場合であっても、一方側のビームの変形によって、第１信号線１４、第２信号線２４、及び接触端子１５の位置関係を変更することによって、接触端子１５による第１信号線１４と第２信号線２４との間の接続及び切断の切り替えを実現することができる。

第１ビーム１３及び第２ビーム２３の材料について、補足説明する。

第１ビーム１３及び第２ビーム２３の材料は特に限定はされないが、歪応力曲線において線形性を示す材料、すなわち弾性を有する材料が好ましい。例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ合金、単結晶Ｓｉ等を適宜用いることができる。なかでも単結晶Ｓｉは、歪応力曲線において広い線形領域を有するため、特に好適に用いることができる。第１ビーム１３及び第２ビーム２３の材質は、上述のように、可撓性を有する材料から適宜選択することができるが、上述の材料の他に、ＳｉＮｘ（窒化シリコン）、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、ＴｉＮｘ（窒化チタン）、ＳｉＯ_２（酸化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミ）、多結晶Ｓｉ、アモルファスシリコン、ダイアモンド、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等を用いることができる。

第１ビーム１３及び第２ビーム２３の寸法について説明する。

第１ビーム１３のＸ軸方向の寸法は２５０μｍ（５０μｍ〜５００μｍ）、Ｙ軸方向の寸法は２５０μｍ（５０μｍ〜５００μｍ）、Ｚ軸方向の寸法は３μｍ（０．５〜５μｍ）である。なお、括弧内は、好適範囲を示している。この場合、第１ビーム１３の形態的なバランスが、小型化された圧電型ＭＥＭＳスイッチに要求されるビームの微小変位（サブミクロンから数ミクロン）を制御しやすいものとなるという効果がある。また、第１ビーム１３のＸＹ平面内の形状は、偏向可能な可動領域（固定部材ＰＫに固定された部分よりも先端側の領域）に関しては、概ね長方形であるが、この可動領域の形状としては、例えば、半円形、フォーク状形状、三角形が考えられる。

なお、上記の圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００は、例えば、図４に示す電子機器に適用することができる。

図４は、本実施形態に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチが適用される電子機器の一例の概略構成図である。

図４に示す電子機器２００は、無線通信を行う電子機器であり、ハウジングＨに収容された複数の圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００と、複数の圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００に対してそれぞれ直列に接続されたフィルタ１０２と、アンテナ１０３と、スイッチ１０４と、処理回路１０５と、入力装置１０６と、ディスプレイ１０７と、制御回路ＣＯＮＴと、を含んで構成される。

アンテナ１０３からは、変調された高周波信号（ＲＦ信号）が入力される。電子機器２００では、制御回路ＣＯＮＴからの制御によって複数の圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００におけるＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。例えば、アンテナに含まれる複数の周波数帯域の信号から、単一の周波数帯域の信号を選択することができる。アンテナ１０３により受信された入力信号は、必要に応じて、アンプで増幅された後、ＯＮ状態が選択された圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００、及び、当該圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００に接続されたフィルタ１０２を通り、スイッチ１０４を経て処理回路１０５に入力し、処理回路１０５において入力信号に係る処理が行われる。それぞれのフィルタ１０２は、通過帯域の異なる周波数フィルタであり、選択された周波数の信号が、処理回路１０５に入力されることとなる。

処理回路１０５は、変調されていた入力信号を復調し、復調された信号から、文字又は画像情報を抽出し、制御回路ＣＯＮＴは、処理回路１０５から得られた文字又は画像情報をディスプレイ１０７上に表示することができる。なお、アンテナ１０３への入力信号は、映像信号又は音声信号とすることもできる。

また、入力装置１０６からユーザにより入力される情報が、制御回路ＣＯＮＴに対して送られて制御回路ＣＯＮＴによる複数の圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００の制御に反映されると共に、処理回路１０５による処理の結果等が制御回路ＣＯＮＴを介して、ディスプレイ１０７に対して出力されて、ユーザに通知される。なお、電子機器は、携帯電子機器とすることができる。

本実施形態に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００は、上述したように、第１駆動素子１１及び第２駆動素子２１の圧電駆動により、接点部１５ｂと第２信号線２４との接触及び離間が繰り返されることにより、第２信号線２４と接触端子１５との接続及び切断が繰り返される。

ここで、圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００では、第１ビーム１３に取り付けられた接触端子１５が支持部材によって支持されていることを特徴とする。この支持部材は、接触端子１５を複数方向から支持する。接触端子１５が支持部材により支持されていることで、接点部１５ｂが第２信号線２４と接触する際に生じる力を分散させることができる。そのため、例えば、変形や破損等による圧電型ＭＥＭＳスイッチの接触不良を低減可能とすることができる。

図５は、圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００における第１ビーム１３及び第２ビーム２３の周辺の拡大図である。圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００における支持部材３０による接触端子１５の支持について、図５を参照しながら説明する。

図５に示すように、圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００では、第１ビーム１３及び第２ビーム２３の形状が一般的な圧電型ＭＥＭＳスイッチと異なる。すなわち、Ｘ軸方向に延び互いに対向配置される第１ビーム１３及び第２ビーム２３の端部の形状が凹凸となっている。具体的には、第２ビーム２３は、第１ビーム１３側の端部（自由端側の端部）において、端面が第１ビーム１３側に突出している凸部２３ａを有する。一方、第１ビーム１３は、第２ビーム２３側の端部（自由端側の端部）において、端面に凹部１３ａを有する。第２ビーム２３の凸部２３ａと第１ビーム１３の凹部１３ａとは対応する形状になっていて、所定の距離だけ離間した状態で対向して配置している。すなわち、第１ビーム１３の凹部１３ａにより形成された空間に第２ビーム２３の凸部２３ａが入り込む状態となっている。

第１ビーム１３では、凹部１３ａの周縁付近まで第１信号線１４が延び、第１信号線１４に対して接触端子１５（本体部１５ａ）が接続する。なお、凹部１３ａの周縁とは、第１ビーム１３の主面のうち、凹部１３ａを囲む領域のことである。接触端子１５の第１信号線１４側の端部は、第１ビーム１３における凹部１３ａの周縁において、第１ビーム１３の主面に対して固定される。一端が凹部１３ａの周縁に固定された接触端子１５は、平面視において凹部１３ａと重なるように、凹部上方へ突出する。上述のように、凹部１３ａにより形成された空間に第２ビーム２３の凸部２３ａが入り込んでいるので、平面視において、接触端子１５の下方には第２ビーム２３の凸部２３ａが位置する。一方、第２ビーム２３上の第２信号線２４は、Ｘ軸方向に延びて、凸部２３ａ上まで延在する。

したがって、第１ビーム１３の変形及び／又は第２ビーム２３の変形により、接触端子１５の接点部１５ｂが、第２ビームとの相対的に下方へ移動することで、接点部１５ｂが第２ビーム２３の凸部２３ａ上の第２信号線２４と接触する。これにより、接触端子１５を介して第１信号線１４と第２信号線２４との間が電気的に接続される。

第１ビーム１３の接触端子１５は、上側、すなわち、本体部１５ａにおいて接点部１５ｂが設けられている側とは逆側から、支持部材３０によって支持される。

支持部材３０は、Ｙ軸方向に延びて、接触端子１５のうち接点部１５ｂが設けられている側の端部を覆うように形成される。また、支持部材３０の両側の端部は、第１ビーム１３の凹部１３ａの周縁において、第１ビーム１３の主面に対して固着される。また、平面視において接触端子１５と重なる領域では、接触端子１５に対して固着される。すなわち、支持部材３０は、接触端子１５を複数の方向（＋Ｙ方向及び−Ｙ方向）から支持する。なお、接触端子１５を支持する方向とは、支持部材３０によって形成される接触端子１５と第１ビーム１３とを結ぶ直線の延びる方向のことを指す。

支持部材３０の厚さは、特に限定されないが、支持部材３０を厚くすると接触端子１５を含む第１ビーム１３の先端部分の重量が増大するため、動作に影響を与える可能性がある。したがって、支持部材３０の厚さを第１ビーム１３の動作に影響を与えない範囲（例えば、１μｍを下回る程度）とすることが好ましい。

なお、支持部材３０は接触端子１５に対して交差するようにＹ軸方向（接触端子１５に対して＋Ｙ方向及び−Ｙ方向）に延びているが、少なくとも接触端子１５及び第１ビーム１３のそれぞれに対して固着されている部材であれば、支持部材として機能する。つまり、支持部材３０は、接触端子１５から＋Ｙ方向へ延びて第１ビーム１３の凹部１３ａ周縁に固着される第１の部材、及び、接触端子１５から−Ｙ方向へ延びて第１ビーム１３の凹部１３ａ周縁に固着される第２の部材の２つの部材から構成されていてもよい。

このように、支持部材３０が接触端子１５の延在方向（Ｘ軸方向）に対して交差する方向に延びて、平面視に見たときに接触端子１５に対して複数の方向（＋Ｙ方向及び−Ｙ方向）から接触端子１５を支持する構成とすることで、接点部１５ｂが第２信号線２４と接触する際に生じる力を支持部材３０が分散させることが可能となる。

また、支持部材３０のように、接触端子１５の延在方向とは異なる２つの方向から接触端子１５を支持する場合、接点部１５ｂと第２信号線２４との接触により生じる力を、接触端子１５の延在方向とは異なる複数の方向へ分散することができるため、本体部１５ａに対して負荷がかかることを防ぐことができる。したがって、接触端子１５の接点部１５ｂにおける接触不良を低減可能となる。なお、支持部材３０が、接点部１５ｂが設けられている側とは逆側において、接点部１５ｂに対応する位置を支持している場合に、上記の作用が効果的に奏される。

また、図５に示すように、第１ビーム１３が凹部１３ａを有していて、接触端子１５が凹部１３ａ周縁に対して固着されて凹部１３ａの方向へ延びる構成である場合に、支持部材３０は、凹部１３ａ周縁のうち接触端子１５とは異なる位置に端部が固着されて接触端子１５を支持する構成とした場合、接触端子１５の延在方向とは異なる方向から接触端子１５を支持する構成を実現しやすくなる。また、凹部１３ａを利用した構成の場合、第１ビーム１３に固着されている支持部材３０の一端側と、接触端子１５と固着されている一端側との距離を短くすることができるため、接触端子１５の支持をより強固に行うことができる。

なお、支持部材３０の材料は特に限定されないが、第１ビーム１３及び第２ビーム２３と同様に、歪応力曲線において線形性を示す材料、すなわち弾性を有する材料が好ましい。支持部材３０が弾性を有していることで、接点部１５ｂが受ける力の分散をより好適に行うことができる。弾性を有する材料としては、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ合金、単結晶Ｓｉ等を適宜用いることができる。なかでも単結晶Ｓｉは、歪応力曲線において広い線形領域を有するため、特に好適に用いることができる。支持部材３０の材料は、上述のように、可撓性を有する材料から適宜選択することができるが、上述の材料の他に、ＳｉＮｘ（窒化シリコン）、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、ＴｉＮｘ（窒化チタン）、ＳｉＯ_２（酸化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミ）、多結晶Ｓｉ、アモルファスシリコン、ダイアモンド、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等を用いることができる。なお、支持部材３０は、第１駆動素子１１を構成する下部電極１１ａ及び上部電極１１ｃよりもヤング率が高いこと、又は、降伏強度大きいことが好ましい。このような構成を備えることで、電圧の印加による第１駆動素子１１の変形を支持部材３０が規制することを防止することができる。

ただし、支持部材３０は、第１ビーム１３とは別の材料であることが好ましい。支持部材３０が固着する第１ビーム１３と、支持部材３０とが異なる材料により構成されている場合、第１ビーム１３と支持部材３０の間に固着面（接合面）が形成されるため、第１ビーム１３と支持部材３０とが同じ材料により構成されている場合と比較して、接触端子１５の接点部１５ｂにかかる力による接触端子１５の変形の抑制効果が高くなる。

なお、支持部材３０は、接触端子１５と同じ材料とすることもできる。すなわち、接触端子１５と支持部材３０とが一体化されていてもよい。この場合、支持部材が固着される第１ビーム１３の端部は、駆動素子の電極や信号線等の導電性の部材からは絶縁されている必要がある。

次に、図６〜図１３を参照しながら、圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００の製造方法について説明する。圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００の製造方法は、公知の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法と比較して、支持部材の形成に係る工程が含まれている点が相違する。

図６は、上記の工程を説明するフロー図であり、図７〜図１３は、製造工程を説明する模式図である。

図５に示したように、接触端子１５及び支持部材３０の周辺は構造が複雑であるため、図７〜図１３では、図Ｎ（Ａ）として第１ビーム１３及び第２ビーム周辺の平面図を示し、図Ｎ（Ｂ）として、Ｘ軸方向に沿った矢視図（ＮＢ−ＮＢ線に沿った矢視図）を示し、図Ｎ（Ｃ）として、Ｙ軸方向に沿った矢視図（ＮＣ−ＮＣ線に沿った矢視図）を示している。なお、図７〜図１３では、第１ビーム１３及び第２ビーム２３がそれぞれ幅広の平板状であり、第１ビーム１３及び第２ビーム２３内にそれぞれ２つの駆動素子が離間して配置されていて、且つ、第１ビーム１３及び第２ビーム２３上に第１ＧＮＤ１６及び第２ＧＮＤ２６が配置されている例について説明するが、当然ながら図７〜図１３の構成に限定されるものではない。

まず、基板上に、駆動素子層、ビーム材層を成膜した後に、パターニングを行う（Ｓ０１）。具体的には、図７に示すように、基板４１上に、下部電極層、圧電体層及び上部電極層がこの順に下から積層された第１駆動素子層１１ｄ及び第２駆動素子層２１ｄを形成する。その後、高さ調整用の犠牲層４２（レジスト）を形成した後にパターニングを行う。なお、基板４１は、圧電型ＭＥＭＳスイッチにおける固定部材ＰＫとなる部材である。犠牲層４２の厚さは、第１ビーム１３及び第２ビーム２３の高さ位置によって決められる。

次に、図８に示すように、駆動素子層１１ｄ，２１ｄ及び犠牲層４２の上方に第１ビーム材層１３ｄ（可撓性部材層）及び第２ビーム材層２３ｄ（第２信号線支持層）を形成する。このとき形成される第１ビーム材層１３ｄ及び第２ビーム材層２３ｄは、圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００における第１ビーム１３及び第２ビーム２３の形状に対応して、図８（Ａ）等に示すように、対向部分に凹凸が形成されている。

さらに、第１ビーム材層１３ｄと第２ビーム材層２３ｄとの隙間には、犠牲層４３（レジスト）を形成する。この犠牲層４３は、第１ビーム材層１３ｄ及び第２ビーム材層２３ｄの上方に接触端子層及び支持部材層を形成する際に、第１ビーム材層１３ｄと第２ビーム材層２３ｄとの隙間が埋められることを防止するためのものである。なお、図８（Ａ）（以降の図も同様）に示すように、本実施形態で説明する第１ビーム材層１３ｄ及び第２ビーム材層２３ｄにはそれぞれ開口１３ｅ，２３ｅが形成されているが、第１ビーム１３及び第２ビーム２３の軽量化等を目的としたものであり、必須ではない。

次に、ビーム材層上に信号線用の金属層を形成する（Ｓ０２）。図９に示すように、第１ビーム材層１３ｄ上に、第１信号線層１４ｄと、第１グランド（ＧＮＤ）層１６ｄとをパターニングにより形成する。同時に、第２ビーム材層２３ｄ上に、第２信号線層２４ｄと、第２グランド（ＧＮＤ）層２６ｄとをパターニングにより形成する。

次に、接触端子１５のためのＧＡＰ犠牲層を形成する（Ｓ０３）。本実施形態では、図１０に示すように、２層のＧＡＰ犠牲層４４，４５を積層して形成する。ＧＡＰ犠牲層４４は、接触端子層を第２ビーム材層２３ｄから離間させて形成することを目的とした層である。また、ＧＡＰ犠牲層４４の上方に形成されるＧＡＰ犠牲層４５は、接触端子の下側（信号線側）を規定するための層である。ＧＡＰ犠牲層４４，４５には、例えば、Ｓｉ，ＳｉＯ_２等の材料を用いることができる。また、樹脂材料等をＧＡＰ犠牲層に使用してもよい。

次に、接触端子層１５ｄを形成した（Ｓ０４）後に、支持部材層３０ｄを形成する（Ｓ０５）。図１１は、ＧＡＰ犠牲層４５の上部に接触端子層１５ｄ及び支持部材層３０ｄをこの順に積層した状態を示している。なお、支持部材３０が接触端子１５と一体化された導体により形成される場合は、支持部材層３０ｄは、接触端子層１５ｄと一体的に形成される。図１１（Ｃ）に示すように、支持部材層３０ｄの端部が、第１ビーム材層１３ｄの主面上に固着するように形成されることで、支持部材層３０ｄから形成される支持部材３０を接触端子１５と第１ビーム１３との間に架け渡すことができ、接触端子１５を接触端子１５の延在方向とは異なる方向から支持することを可能とする。

その後、犠牲層４２，４３及びＧＡＰ犠牲層４４，４５をエッチングにより除去する（Ｓ０６）。これにより、図１２に示すように、第１ビーム材層１３ｄ及び第２ビーム材層２３ｄの一部が宙に浮いた状態となる。ただし、駆動素子層１１ｄ，２１ｄは、基板４１に対して浮いていない。

そのため、基板上面のエッチングを行う（Ｓ０７）。この結果、図１３に示すように、駆動素子層１１ｄ，２１ｄも基板４１から離間した状態となり、一方の端部が基板４１（固定部材ＰＫ）に固定されて他方の端部が自由端となり、内部に第１駆動素子１１を有する第１ビーム１３と、同様に一端が自由端であって内部に第２駆動素子２１を有する第２ビーム２３と、ビーム上に取り付けられた第１信号線１４及び第２信号線２４と、第１ビーム１３の端部に設けられた接触端子１５と、接触端子１５を支持する支持部材３０と、を有する圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００が製造される。

このように、本実施形態に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００では、接触端子１５を複数の方向から支持する支持部材３０によって、接触端子１５が支持されている。これにより、接点部１５ｂが第２信号線２４と接触する際に生じる力を分散することができる。したがって、スイッチの制御を繰り返すことによって接点部１５ｂを含む接触端子１５の破損等によって接触不良が生じることを防止することができる。

また、圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００では、Ｘ軸方向に延び互いに対向配置される第１ビーム１３（可撓性部材）及び第２ビーム２３（第２信号線支持部材）の端部の形状が凹凸となっている。特に、第１ビーム１３は、第２ビーム２３側の端部（自由端側の端部）において、端面に凹部１３ａを有していて、接触端子１５は、第１ビーム１３の主面上の凹部１３ａの周縁から凹部１３ａ側に突出している。また、支持部材３０は、第１ビーム１３上の凹部１３ａ周縁において接触端子１５の取り付け位置とは異なる位置に対して端部が固着された状態で接触端子１５を接点部１５ｂが設けられた側とは逆側（上側）から支持する。これにより、支持部材３０による接触端子１５の複数方向からの支持を好適に行うことができる。

さらに、第２ビーム２３に設けられた凸部２３ａが第１ビーム１３の凹部１３ａに対応した形状となっていて、凸部２３ａと凹部１３ａとが入り込んだ配置となっていることで、圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００における主要部となる接触端子１５、第１ビーム１３、第１信号線１４、第２ビーム２３及び第２信号線２４をコンパクトに配置することができ、スイッチとしての機能を好適に発揮することができる。

また、支持部材３０が第１ビーム１３とは別材料で構成されていることで、第１ビーム１３と支持部材３０の間に固着面（接合面）が形成される。したがって、第１ビーム１３と支持部材３０とが同じ材料により構成されている場合と比較して、接触端子１５の接点部１５ｂにかかる力による接触端子１５の変形の抑制効果が高くなる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、支持部材３０の形状は適宜変更することができる。上記実施形態では、Ｘ軸方向に延びる接触端子１５に対して、支持部材３０がＹ軸方向（＋Ｙ方向及び−Ｙ方向）から接触端子１５を支持する構成について説明したが、接触端子１５を支持する方向が複数方向であればよく、上記の構成には限定されない。したがって、例えば、接触端子１５の延在方向と同一の方向から支持する支持部材と、接触端子１５の延在方向とは異なる方向から支持する支持部材と、の組み合わせであってもよい。

また、接触端子１５を３以上の方向から支持する構成であってもよい。この場合、図５に示すように第１ビーム１３の主面上と接触端子１５との間を架け渡す支持部材の数を増やす構成としてもよい。また、支持部材を幅広形状又は平面視において半円形状として、第１ビーム１３の凹部１３ａの周縁における固着部分を増やすことで、複数方向から接触端子１５を支持する構成としてもよい。この場合、支持部材は接触端子１５を面的に支持することになり、接触端子１５において接点部１５ｂが第２信号線２４と接触する際に生じる力を分散する効果を更に高めることができる。

また、第１ビーム１３及び第２ビーム２３の形状等は適宜変更することができる。例えば、第１ビーム１３の凹部１３ａと第２ビーム２３の凸部２３ａとが入れ込んだ構成にも限定されない。また、凹部１３ａ及び凸部２３ａ自体を備えない構成であってもよい。その場合でも、接触端子１５を複数の方向から支持する支持部材を備えていることで、接点部１５ｂを含む接触端子１５の破損等によって接触不良が生じることを防止することができる。

さらに、第１ビーム１３及び第２ビーム２３を変形させるための第１駆動素子１１及び第２駆動素子２１の配置及び形状等も適宜変更することができる。また、第２ビーム２３は、可撓性を有していなくてもよい。この場合でも、第１ビーム１３が変形することで、信号線間の接続と切断とを切り替えることができる。

１１…第１駆動素子、１２…第１駆動回路、１３…第１ビーム、１４…第１信号線、１５…接触端子、１５ａ…本体部、１５ｂ…接点部、２１…第２駆動素子、２２…第２駆動回路、２３…第２ビーム、２４…第２信号線、３０…支持部材、１００…圧電型ＭＥＭＳスイッチ。

Claims (5)

1. 圧電駆動素子における電圧印加により変形する可撓性部材と、
   前記可撓性部材に設けられ、前記可撓性部材の変形により信号線間の接続と切断とを切り替える接点部を備えた接触端子と、
   前記接触端子を複数の方向から支持する支持部材と、
   を備える圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
2. 前記可撓性部材における前記接触端子が取り付けられる端部には、凹部が設けられ、
   前記接触端子は、前記可撓性部材上の凹部周縁から前記凹部側に突出し、
   前記支持部材は、前記可撓性部材上の凹部周縁における前記接触端子の取り付け位置とは異なる位置に対して端部が固着された状態で前記接触端子を前記接点部が設けられた側とは逆側から支持する請求項１に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
3. 前記信号線は、前記可撓性部材上に設けられると共に前記接触端子と接続して固定された第１信号線と、第２信号線支持部材上に設けられた第２信号線とを含み、
   前記可撓性部材と前記第２信号線支持部材とは、互いに離間して対向配置され、
   前記第２信号線支持部材における前記可撓性部材側の端部には、前記可撓性部材側へ突出する凸部が設けられ、
   前記可撓性部材における前記凹部は、前記凸部に対応した形状である請求項２に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
4. 支持部材は、前記可撓性部材に対して端部が固着された状態で前記接触端子を面的に支持する請求項１又は２に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
5. 前記支持部材は、前記可撓性部材とは別材料によって構成される請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
   
   

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