JP4109498B2 - スイッチ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信回路等に用いられるスイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大きさが数百μｍ程度の微細なスイッチとして、「IEEE Microwave and Wireless Components letters,Vol.11 No8,August2001 p334」に記載されているものが知られている。
【０００３】
図２０は、上記文献に記載された、従来のスイッチ１００の構成を示す断面図であり、図２１は、従来のスイッチ１００の上面図である。図２０は、図２１のＡ−Ａ´線を断面にとって示す断面図である。このスイッチ１００は、メンブレン（Switch Membrane）上に、高周波信号が伝達される信号ライン１０１を形成し、当該信号ライン１０１の直下に制御電極１０３を設けている。
【０００４】
制御電極１０３に直流電位を印加すると、メンブレンが制御電極１０３側に静電引力により引き付けられ、撓み、基板１０２上に形成されている接地電極(Ground Metal）１０４と接触することにより、メンブレンに形成されている信号ライン１０１は短絡状態となり、信号ライン１０１を流れる信号は減衰され、遮断される。
【０００５】
これに対して、制御電極１０３に直流電位を印加しなければ、メンブレンは撓まず、当該メンブレン上の信号ライン１０１を流れる信号は、接地電極１０４から損失することなく、スイッチ１００を通過する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のスイッチ１００においては、メンブレンを制御電極１０３側に引き付けるために必要となる直流電位の電圧は、約３０[Ｖ]以上となり、このような高電圧を必要とするスイッチ１００を無線装置に組み込み難いという問題を有していた。
【０００７】
また、メンブレンを制御電極１０３に引き付けて信号を遮断する際の、信号ライン１０１のインピーダンスは短絡状態となることにより、高周波信号を流す場合には反射が発生するため、サーキュレータ等の部品が必要になるという問題を有していた。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、一段と低い直流電位で高速に応答でき、かつ、アイソレーションの高いスイッチを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のスイッチは、表面に複数対の表面電極を有する可動体と、前記可動体の一部に設けられた第１の端子と、前記可動体の一部に設けられ、前記第１の端子との間を導通する信号を所定の外部端子に出力させる第２の端子と、を具備し、前記可動体は、前記可動体を変形させる際に支点となる複数の結合梁部を有し、前記複数対の表面電極に発生する静電引力によって前記複数の結合梁部を支点にして前記可動体を変形させることにより、前記第２の端子と前記所定の外部端子との間の前記信号の通過及び遮断を切り換える構成を採る。
【００１０】
この構成によれば、表面電極間に発生する静電引力によって可動体を変形させ、その変形によって可動体（又は可動体に設けられた端子）及び基板（又は基板に設けられた端子）を電気的に結合又は遮蔽するスイッチを構成することができる。また、複数の結合梁部が支点となって可動体が変形するので、複数組の表面電極のそれぞれで可動体を小さく変位させるだけで、可動体全体として大きな変位量を得ることができる。従って、一段と低い直流電位で高速に応答でき、かつ、アイソレーションの高いスイッチを実現できる。
【００１１】
本発明のスイッチは、表面に複数の表面電極を有し、任意な方向に移動可能な複数の構造体と、直列に結合された前記構造体の間に設けられ、入力信号を前記構造体間で伝達し、かつ各前記構造体上の前記表面電極が少なくとも２組以上対向するように前記各構造体を結合させるとともに、前記構造体を移動させる際に支点となる結合梁部と、各前記表面電極に制御信号を伝達するための制御信号線と、各前記構造体が直列に結合されてなる構造体群の一端側の構造体に設けられ、前記入力信号を前記一端側の構造体に入力させるとともに、前記一端側の構造体を基板に固定する入力端子と、前記構造体群の他端側の構造体に設けられ、所定の外部端子に前記入力信号を出力させる出力端子とを具備し、各前記構造体間で対向する前記表面電極に静電引力を発生させ、前記結合梁部を支点にして各前記表面電極間の相対距離を変化させることにより、前記構造体群の前記他端側を各前記表面電極間の相対距離の変化よりも大なる距離だけ変位させ、前記構造体の出力端子と前記所定の端子との間の電気的結合度を変化させることで、前記出力端子と前記所定の外部端子との間の前記入力信号の通過及び遮断を切り換える構成を採る。
【００１２】
この構成によれば、表面電極間に静電引力を発生させ、この静電引力によって構造体群を変位させることにより、各構造体を小さく変位させるだけで、構造体群として大きな変位量を得ることができる。従って、一段と低い直流電位で高速に応答でき、かつ、アイソレーションの高いスイッチを実現できる。
【００１３】
本発明のスイッチは、上記構成において、前記対向する表面電極の少なくとも一方が曲面を形成している構成を採る。
【００１４】
この構成によれば、構造体の変位に関わらず、表面電極間にその距離が微小である部分を常に存在させるようにすることができる。これにより、常に大きな静電引力を表面電極間に発生させることができる。
【００１５】
本発明のスイッチは、上記構成において、前記構造体群が２次元方向に移動する構成を採る。
【００１６】
この構成によれば、一段と低い直流電位で高速に応答でき、かつ、アイソレーションの高い２次元スイッチを実現できる。
【００１７】
本発明のスイッチは、上記構成において、前記構造体群が３次元方向に移動する構成を採る。
【００１８】
この構成によれば、一段と低い直流電位で高速に応答でき、かつ、アイソレーションの高い３次元スイッチを実現できる。
【００２１】
本発明のスイッチは、上記構成において、前記構造体群を複数並列に設けた構成を採る。
【００２２】
この構成によれば、電極面積を増加させることができ、この分、導体損失を小さくすることができる。従って、スイッチの直流抵抗値を下げることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、表面電極間に発生する静電引力によって可動体を変形させ、その変形によって可動体（又は可動体に設けられた端子）及び基板（又は基板に設けられた端子）を電気的に結合又は遮蔽する高速スイッチを構成することである。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るスイッチの構成を示す平面図である。図１に示すスイッチ１は、複数の微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃによって微小構造体群３が構成され、基板上を平面方向に移動するＳＰＤＴスイッチを構成している。このスイッチ１は、半導体の集積回路上に、当該集積回路と同じプロセスで形成されているものであり、無線通信装置の送信回路、受信回路、送受信切り換え回路、又はその他の種々の装置の回路に用いられるものである。
【００３２】
各微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃとしては、それぞれ、固く表面に電極を形成することが可能なポリシリコン等が用いられ、シリコンの表面に絶縁膜を形成したものが用いられる。但し、本発明はこれに限らず、ポリイミド等の高分子系材料又は、低温プロセスが可能なシリコン系（ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ）等を用いるようにしてもよい。このような材料によって形成された各微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃは、結合梁７ａ及び７ｂによって直列に結合されている。これら直列に結合された複数の微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃのうち、一端側の微小構造体２ａは、基板側に設けられた基板側入力部８に結合されている。
【００３３】
また、この一端側の微小構造体２ａに対して結合梁７ａを介して結合された微小構造体２ｂは、微小構造体２ａとの間の結合梁７ａを支点にして基板上を移動自在となっている。
【００３４】
さらに、微小構造体２ｂに対して結合梁７ｂを介して結合された他端側の微小構造体２ｃは、微小構造体２ｂとの間の結合梁７ｂを支点にして基板上を移動自在となっている。
【００３５】
従って、結合梁７ａ及び７ｂによって結合された複数の微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃは、基板側入力部８に結合された一端側の微小構造体２ａを支点として、他端側の微小構造体２ｃが基板上をその平面方向に首振り動作が可能となっている。
【００３６】
各微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃの長さは１００[μｍ]程度となっており、複数の微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃを直列に繋いだ微小構造体群３の全体としての長さは、５００[μｍ]程度以下となるように形成されている。このような大きさとすることにより、大き過ぎることによる信号損失の増大を回避し得るとともに、小さ過ぎることによる移動量の減少を回避して十分なアイソレーションを確保することができる。
【００３７】
因みに、この実施の形態１の場合、３つの微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃによって可動体としての微小構造体群３を構成する場合について述べているが、本発明はこれに限らず、他の種々の数を適用することができる。
【００３８】
微小構造体２ａの微小構造体２ｂに対向する部分には、平面で構成された端部が形成され、この端部に表面電極５ａ及び５ｂが設けられている。また、微小構造体２ｂの微小構造体２ａに対向する部分には、曲面で構成された端部が形成され、この端部に表面電極４ａ及び４ｂが設けられている。
【００３９】
また、同様にして、微小構造体２ｂの微小構造体２ｃに対向する部分には、平面で構成された端部が形成され、この端部に表面電極５ａ及び５ｂが設けられている。また、微小構造体２ｃの微小構造体２ｂに対向する部分には、曲面で構成された端部が形成され、この端部に表面電極４ａ及び４ｂが設けられている。
【００４０】
各表面電極４ａ、４ｂ、５ａ及び５ｂには、それぞれ図示しない配線パターンによって制御部１５から所定の制御信号線（図示せず）を介して直流電位が与えられるようになされている。従って、各微小構造体２ｂ及び２ｃの一方の表面電極４ａ及び５ａに直流電位を与え、また、他方の表面電極４ｂ及び５ｂにゼロ電位を与えることにより、表面電極４ａ及び５ａ間には静電引力が発生し、微小構造体群３は、図２に示すように、微小構造体２ａを支点として先端の微小構造体２ｃが一方の基板出力部１１ａに当接する方向に移動し、その微小構造体２ｃが基板出力部１１ａに当接した状態が保持される。
【００４１】
このように、表面電極４ａ、４ｂ、５ａ及び５ｂに与える電位によって微小構造体群３を首振り動作させることにより、この微小構造体群３をスイッチ１として用いることができる。
【００４２】
すなわち、図１及び図２と同一部分に同一符号を付して示す図３及び図４に示すように、微小構造体群３に、配線パターン１２を設け、また、基板側に設けられた基板側出力部１１ａ及び１１ｂに基板側電極１０ａ及び１０ｂを設けることにより、微小構造体群３が首振り動作して微小構造体群３の先端部の微小構造体２ｃが基板側出力部１１ａに当接した状態において、当該微小構造体２ｃの配線パターン１２の先端部である出力端子１２ａが、基板側出力部１１ａの基板側電極１０ａに接触する。この結果、基板側に設けられた基板入力部８と基板出力部１１ａとが微小構造体群３を介して、電気的に結合され、基板入力部８からの信号は、基板側出力部１１ａに伝達される。
【００４３】
因みに、表面電極４ａ、４ｂ、５ａ及び５ｂとしては、金、アルミニウム、ニッケル、銅又は合金等の金属や、ポリシリコンの燐をドープして導電率を高めたもの等が用いられる。
【００４４】
ここで、微小構造体群３の先端の微小構造体２ｃには、基板出力部１１ａ又は１１ｂに当接する部位の近傍に、表面電極１３ａ及び１３ｂが設けられている。この表面電極１３ａ又は１３ｂは、例えば、微小構造体２ｂ及び２ｃの表面電極４ａ及び５ａに直流電位が与えられた際に、同じ側の表面電極１３ａにも直流電位が与えられるようになされている。
【００４５】
従って、表面電極４ａ及び５ａに直流電位を与えることにより、微小構造体２ｃが基板出力部１１ａ方向に首振り動作を行うと、その基板出力部１１ａに設けられているガイド用電極９ａと、微小構造体２ｃの表面電極１３ａとの間に静電引力が発生することにより、微小構造体２ｃの首振り動作（移動動作）をガイドすることができる。これにより、微小構造体２ｃは、正確に基板出力部１１ａの所定位置に当接することとなる。
【００４６】
また、微小構造体２ｂ及び２ｃの表面電極４ｂ及び５ｂに直流電位が与えられた際に、同じ側の表面電極１３ｂにも直流電位が与えられるようになされている。
【００４７】
従って、表面電極４ｂ及び５ｂに直流電位を与えることにより、微小構造体２ｃが基板出力部１１ｂ方向に首振り動作を行うと、その基板出力部１１ｂに設けられているガイド用電極９ｂと、微小構造体２ｃの表面電極１３ｂとの間に静電引力が発生することにより、微小構造体２ｃの首振り動作（移動動作）をガイドすることができる。これにより、微小構造体２ｃは、正確に基板出力部１１ｂの所定位置に当接することとなる。
【００４８】
以上の構成において、微小構造体群３からなるスイッチ１は、微小構造体群３を複数の微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃを直列に結合されていることにより、当該スイッチ１の接点となる微小構造体２ｃが基板出力部１１ａ又は１１ｂに当接する際の移動量は、その微小構造体２ｃに結合された微小構造体２ｂに対する首振り動作の移動量のみとなる。また、微小構造体２ｂの移動量は、当該微小構造体２ｂが結合された微小構造体２ａに対する首振り動作の移動量のみとなる。
【００４９】
このように、互いに結合された微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃの微小な移動が足し合わされて、微小構造体群３の先端部に位置する微小構造体２ｃが大きく、基板出力部１１ａ及び１１ｂ間を移動するようになされている。従って、各微小構造体２ｂ及び２ｃについては、これらを微小な首振り動作をさせる程度の極めて小さい直流電位を表面電極４ａ及び５ａ間、又は表面電極４ｂ及び５ｂ間に与えるだけでよく、一段と低い直流電位で動作するスイッチ１が実現される。
【００５０】
また、各微小構造体２ｂ及び２ｃに設けられた表面電極４ａ及び４ｂは、曲面形状となっていることにより、図１に示した、微小構造体群３が首振り動作を行っていない中立位置にある状態、及び図２に示した、微小構造体群３が首振り動作を行っている状態のいずれにおいても、表面電極４ａ及び５ａ間、又は表面電極４ｂ及び５ｂ間において、常に微小なギャップが存在することとなり、これらの表面電極に直流電位を与えることにより、これらの表面電極間に常に大きな静電引力を発生させることができる。従って、さらに一段と低い直流電位でスイッチ１を動作させることができる。
【００５１】
また、基板出力部１１ａ及び１１ｂにガイド用電極９ａ及び９ｂを設け、このガイド用電極９ａ及び９ｂによって微小構造体２ｃの動きをガイドすることにより、微小構造体群３が首振り動作してその微小構造体２ｃが基板出力部１１ａ又は１１ｂに当接する際の位置決め精度を向上させることができる。また、微小構造体群３の首振り動作時に、微小構造体２ｃの表面電極１３ａ又は１３ｂと、ガイド用電極９ａ又は９ｂとの間に発生する静電引力によって微小構造体２ｃが基板出力部１１ａ又は１１ｂ方向に引かれることにより、スイッチ１の動作時に一段と高速な応答を可能とすることができる。また、ガイド用電極９ａ又は９ｂに与える直流電位を調整することによって、微小構造体２ｃと基板側電極１０ａ又は１０ｂとの間の接触圧を、容易に制御することができる。
【００５２】
因みに、微小構造体２ｃの出力端子１２ａ又は１２ｂと基板側電極１０ａ又は１０ｂとをスイッチング動作時に結合させる方法としては、出力端子１２ａ又は１２ｂを構成する金属と、基板側電極１０ａ又は１０ｂを構成する金属とを直接接触させる抵抗結合（図４）、又は、微小なギャップ若しくは薄い絶縁膜を介して容量結合させる方法等を用いることができる。この場合、出力端子１２ａ又は１２ｂと基板側電極１０ａ又は１０ｂの間を微小なギャップを介して容量結合させる方法としては、図５に示すように、微小構造体２ｃが基板出力部１１ａ（又は１１ｂ）に当接した状態において、微小構造体２ｃの出力端子１２ａ（又は１２ｂ）と基板側電極１０ａ（又は１０ｂ）との間にギャップが形成されるように微小構造体２ｃの形状を決めればよい。また、出力端子１２ａ又は１２ｂと基板側電極１０ａ又は１０ｂの間を薄い絶縁膜を介して容量結合させる方法としては、図４に示した構成において、微小構造体２ｃが基板出力部１１ａ（又は１１ｂ）に当接した状態において、微小構造体２ｃの出力端子１２ａ（又は１２ｂ）と基板側電極１０ａ（又は１０ｂ）との間に絶縁膜が介挿されるように、当該絶縁膜を、微小構造体２ｃの表面又は基板出力部１１ａ及び１１ｂの表面に形成すればよい。
【００５３】
このように、本実施の形態のスイッチ１によれば、一段と低い直流電位で高速にスイッチング動作させることができる。
【００５４】
なお、上述の実施の形態においては、１つの微小構造体群３によってスイッチ１を構成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、図４との対応部分に同一符号を付して示す図６に示すように、複数の微小構造体群３を並列に並べて構成するようにしてもよい。このようにすれば、図５について上述した容量結合を行う場合に、微小構造体２ｃのサイズが小さいことによる結合度の低下を複数構成によって等価的に端子面積を大きくすることで回避することができるとともに、図３に示した抵抗結合を行う場合に、出力端子１２ａの面積が小さいことによる導体損失の増大を同様にして回避することができる。因みに、図６に示した微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃは、その形状が平面円形形状のディスク状としてもよい。
【００５５】
また、上述の実施の形態においては、図１〜図４に示した形状の微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃからなる微小構造体群３を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図７及び図８に示す形状のものを用いるようにしてもよい。すなわち、図１〜図４との対応部分に同一符号を付して示す図７及び図８は、他の実施の形態による微小構造体２２ａ、２２ｂ及び２２ｃを含むスイッチ２０の構成を示す平面図である。
【００５６】
図７は可動体としての微小構造体群２３が中立の位置にある状態を示し、また図８は、微小構造体群２３が移動して一方の基板出力部１１ａに当接した状態を示す。この図７及び図８に示す微小構造体２２ａ、２２ｂ及び２２ｃの形状（表面電極２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂが設けられた曲面の形状）は、表面電極２４ａ及び２５ａ間、表面電極２４ｂ及び２５ｂ間の各静電引力が最大となるような形状に形成されている。
【００５７】
すなわち、微小構造体２２ｃと基板出力部１１ａ（１１ｂ）との間の間隔をＤ、微小構造体２２ａ、２２ｂ又は２２ｃの長さをＬ、幅を２αとする。また、図７に示すように、微小構造体群２３が中立状態となっている場合の、表面電極２４ａ及び２５ａ間、及び表面電極２４ｂ及び２５ｂ間に生じる最大間隔をｄとする。
【００５８】
基板出力部１１ａ（１１ｂ）と微小構造体の間隔Ｄは、このスイッチ２０を流れる信号の周波数、所望とするアイソレーション及び微小構造体２２ｃの出力端子（図３及び図４に示した出力端子１２ａ、１２ｂに相当）の断面積によって一意に決まるものである。この場合、出力端子の断面積を２５００[μｍ2]、信号の周波数を５[ＧＨｚ]、所望とするアイソレーションを３０[ｄＢ]以上とすると、間隔Ｄを１[μｍ]以上確保すれば、実用上十分なアイソレーションを達成することができる。
【００５９】
そして、各微小構造体２２ａ、２２ｂ及び２２ｃの最大傾斜角度θ（図８）は、θ＝tan-1（ｄ/Ｌ）で表わされる。例えば、３個の微小構造体２２ａ、２２ｂ及び２２ｃを直列に接続した際の、微小構造体２２ｃの外形形状を構成する曲面の位置（以下、これを単に微小構造体２２ｃの位置と称する）（ｘ3、ｙ3）は、以下の（式１）〜（式５）によって求められる。
【００６０】
すなわち、図９に示すように、基板側入力部８の側に設けられた、第１の微小構造体２２ａを傾斜させない方向ｃ１（θ＝０）から角度θだけ傾斜させた場合の当該第１の微小構造体２２ａの位置（ｘ1、ｙ1）は、以下の（式１）によって表される。
【００６１】
【数１】
この（式１）の結果に対して、さらに、以下の（式２）によって表される計算を行うことにより、第１の微小構造体２２ａが角度θだけ傾斜した状態での当該第１の微小構造体２２ａから、傾斜させない方向ｃ２（θ＝０）に第２の微小構造体２２ｂがあると仮定した場合の、この第２の微小構造体２２ｂの位置（ｘ2′、ｙ2′）を求める。
【００６２】
【数２】
この（式２）によって表される第２の微小構造体２２ｂの位置（ｘ2′、ｙ2′）に基づいて、角度２θだけこの第２の微小構造体２２ｂを傾斜させた状態での当該第２の微小構造体２２ｂの位置（ｘ2、ｙ2）を、以下の（式３）によって求める。
【００６３】
【数３】
この位置（ｘ2、ｙ2）は、第１の微小構造体２２ａが傾斜角度θだけ傾斜した状態において、この第１の微小構造体２２ａに対して角度θだけ傾斜した（すなわち傾斜させない方向ｃ２から角度２θだけ傾斜した）第２の微小構造体２２ｂの位置である。
【００６４】
この（式３）の結果に対して、さらに、以下の（式４）によって表される計算を行うことにより、傾斜させない方向ｃ２（θ＝０）から角度２θだけ傾斜した第２の微小構造体２２ｂから、さらに傾斜させない方向ｃ３（θ＝０）に第３の微小構造体２２ｃがあると仮定した場合の、第３の微小構造体２２ｃの位置（ｘ3′、ｙ3′）を求める。
【００６５】
【数４】
この（式４）によって表される第３の微小構造体２２ｃの位置（ｘ3′、ｙ3′）について、傾斜させない方向ｃ３から角度３θだけこの第３の微小構造体２２ｃを傾斜させた状態での当該第３の微小構造体２２ｃの位置（ｘ3、ｙ3）を、以下の（式５）によって求める。
【００６６】
【数５】
この位置（ｘ3、ｙ3）は、第１の微小構造体２２ａが角度θだけ傾斜するとともに第２の微小構造体２２ｂが角度２θだけ傾斜した状態において、この第２の微小構造体２２ｂに対して角度θだけ傾斜した第３の微小構造体２２ｃの位置である。
【００６７】
このように、図７及び図８に示す微小構造体２２ａ、２２ｂ及び２２ｃを用いたスイッチ２０においては、図１〜図４について上述したスイッチ１と同様にして、各微小構造体２２ａ、２２ｂ及び２２ｃの表面電極２４ａ、２４ｂ、２５ａ及び２５ｂへの所定の直流電位の印加によって静電引力を発生させることにより、微小構造体群２３を首振り動作させ、これによりスイッチング動作を行うことができる。このスイッチ２０の場合、各微小構造体２２ａ、２２ｂ及び２２ｃが、上述の（式１）〜（式５）に基づいて形成された曲面形状を有し、この曲面に表面電極２４ａ、２４ｂ、２５ａ及び２５ｂが設けられていることにより、最大の静電力を生じさせることができる。
【００６８】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２に係るスイッチ３０の構成を示す斜視図である。但し、図１〜図４と同一の構成となるものについては、図１〜図４と同一番号を付し、詳しい説明を省略する。
【００６９】
図１０に示すスイッチ３０は、半導体の集積回路上に、当該集積回路と同じプロセスで形成されているものであり、無線通信装置の送信回路、受信回路、送受信切り換え回路、又はその他の種々の装置の回路に用いられるものである。このスイッチ３０は、図１について上述したスイッチ１の２次元的な移動（首振り）方向と比べて、３次元方向に移動（首振り）動作する点が異なる。このスイッチ３０においては、３次元方向に首振り動作を行うことを実現するために、基板入力部８側に対して３次元方向に揺動自在に支持された第１の微小構造体３２ａと、当該第１の微小構造体３２ａに対して３次元方向に揺動自在に支持された第２の微小構造体３２ｂと、当該第２の微小構造体３２ｂに対して３次元方向に揺動自在に支持された第３の微小構造体３２ｃとからなる可動体としての微小構造体群３３を有する。
【００７０】
この微小構造体群３３を構成する各微小構造体３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、それぞれ略球形に形成されており、この球形の微小構造体３２ａ、３２ｂ、３２ｃの各表面には、それぞれ表面電極が制御電極として設けられている。
【００７１】
図１１は、第３の微小構造体３２ｃの表面構成を示す斜視図である。ただし、他の微小構造体３２ａ及び３２ｂも、この第３の微小構造体３２ｃと同様の構成を有するものとする。
【００７２】
図１１において、微小構造体３２ｃは、その表面において、制御電極としての表面電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…及び、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、…が設けられている。これらの表面電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…及び、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、…に対して選択的に所定の直流電位を与えることにより、図１〜図４に上述したスイッチ１の場合と同様にして、微小構造体群３３を首振り動作させることができる。
【００７３】
ずなわち、図１２は、スイッチ３０の上面図であり、微小構造体群３３の各微小構造体３２ａ、３２ｂ及び３２ｃの表面電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…及び、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、…のうち、互いに対向する表面電極（１７ｂ及び１７ｄ、１７ａ及び１７ｅ、１６ｂ及び１６ｄ、１６ａ及び１６ｅ）の間に静電引力が発生するように、各表面電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…及び、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、…のうちのいずれかを選択し、当該選択された表面電極に対して直流電位を与える。
【００７４】
これにより、微小構造体群３３は、図１２において一点鎖線で示すように、制御部１５から所定の制御信号線（図示せず）を介して与えられた直流電位に応じて、左右いずれかの方向に首振り動作をする。スイッチ３０の基板ベース部３４には、基板出力部１１ａ及び１１ｂが設けられており、左右方向に首振り動作した微小構造体３２ｃが基板出力部１１ａ又は１１ｂに当接することにより、当該当接箇所に設けられた配線パターンの端子同士が接してスイッチング動作する。また、基板出力部１１ａ及び１１ｂには、基板側電極１０ａ及び１０ｂが設けられており、この基板側電極１０ａ又は１０ｂに直流電位を与えることにより、微小構造体３２ｃを引きつける静電引力を、その微小構造体３２ｃの表面電極との間で発生させることができる。これにより、スイッチ３０を高速にスイッチング動作させることができる。
【００７５】
因みに、微小構造体群３３は、中立状態で保持されるような構成とされている。この構成とは、各微小構造体３２ａ、３２ｂ及び３２ｃの表面電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…及び、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、…に対して、微小構造体群３３が中立位置に保持されるような直流電圧を与える構成、又は、弾性を持った所定の支持部材（図示せず）によって微小構造体群３３を支えるようにしてもよい。
【００７６】
また、図１３は、スイッチ３０の側面図であり、微小構造体群３３の各微小構造体３２ａ、３２ｂ及び３２ｃの表面電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…のうち、互いに対向する表面電極（１６ｂ及び１６ｄ、１６ａ及び１６ｅ）の間に静電引力が発生するように、各表面電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…のうちのいずれかを選択し、当該選択された表面電極に対して直流電位を与える。
【００７７】
これにより、微小構造体群３３は、図１３において一点鎖線で示すように、与えられた直流電位に応じて、下方向に首振り動作をする。スイッチ３０の基板ベース部３４には、基板出力部３１が設けられており、下方向に首振り動作した微小構造体３２ｃが基板出力部３１に当接することにより、当該当接箇所に設けられた配線パターンの端子同士が接してスイッチング動作する。また、この基板出力部３１には、基板側電極１０ｃが設けられている。この基板側電極１０ｃに直流電位を与えることにより、微小構造体３２ｃを引きつける静電引力を、その微小構造体３２ｃの表面電極との間で発生させることができ、これにより、微小構造体群３３を下方向に首振り動作させることによるスイッチング動作を高速で行うことができる。
【００７８】
なお、上述の実施の形態２においては、微小構造体群３３を中立状態から下方向に首振り動作させることにより、スイッチング動作させる場合についてのべたが、本発明はこれに限らず、微小構造体群３３の上方にも基板出力部を設け、微小構造体群３３を上下方向に首振り動作させるようにしてもよい。
【００７９】
また、上述の実施の形態２においては、微小構造体群３３を左右方向及び上下方向に首振り動作させる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、他の種々の方向に首振り動作させるようにしてもよい。このようにすれば、スイッチング動作のための方向を上下左右方向以外にも複数設定し、この方向に基板出力部を設けることにより、複数接点を切り換えるスイッチング動作を可能とすることができる。
【００８０】
（実施の形態３）
図１４は、本発明の実施の形態３に係るスイッチ４０の構成を示す側面図である。図１４に示すスイッチ４０は、半導体の集積回路上に、当該集積回路と同じプロセスで形成されているものであり、無線通信装置の送信回路、受信回路、送受信切り換え回路、又はその他の種々の装置の回路に用いられるものである。そしてこのスイッチ４０は、図１について上述したスイッチ１の微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃに代えて、平板形状の微小構造体４１ａ、４１ｂ、４１ｃ及び４２ａ、４２ｂ、４２ｃを用いて、可動体としての微小構造体群４１及び４２を構成している。
【００８１】
微小構造体群４１は、各微小構造体４１ａ、４１ｂ及び４１ｃを結合梁４８によって結合して構成されており、その固定端部側は、基板（図示せず）上にほぼ垂直に固定された固定部４５に結合され、またその可動端部側には可動部４４が結合されている。また、微小構造体群４２は、各微小構造体４２ａ、４２ｂ及び４２ｃを結合梁４８によって結合して構成されており、その固定端部側が基板（図示せず）上に固定された固定部４５に結合され、またその可動端部側には可動部４４が結合されている。
【００８２】
これにより、各微小構造体群４１及び４２は、基板上を水平１軸方向に伸縮自在となっている。従って、この微小構造体群４１及び４２の可動端部側に設けられた可動部４４は、微小構造体群４１及び４２の伸縮に伴って、基板上を水平１軸方向に移動自在となっている。
【００８３】
各微小構造体４１ａ、４１ｂ、４１ｃ及び４２ａ、４２ｂ、４２ｃには、当該各微小構造体４１ａ、４１ｂ、４１ｃ及び４２ａ、４２ｂ、４２ｃが縮んだ際に互いに対向する部分に、制御電極として表面電極５１及び５２が設けられている。そして、例えば、制御部１５から所定の制御信号線（図示せず）によって表面電極５１に直流電位を与えるとともに、これに対向する表面電極５２に０電位を与えることにより、対向する各表面電極５１及び５２の間に静電引力を発生させることができる。このようにして、各表面電極５１及び５２の間に静電引力を発生させると、微小構造体群４１及び４２は、それぞれ縮むように変位する。この結果、微小構造体群４１及び４２の先端側に固定された可動部４４が固定部４５に近接する方向に引き寄せられる。
【００８４】
これに対して、互いに対向する各表面電極５１及び５２に対して、それぞれ反発力を発生するような直流電位を与えることにより、微小構造体群４１及び４２は、伸びるように変位する。この結果、可動部４４は、固定部４５から離間する方向に移動することにより、この可動部４４に設けられた信号ライン４６が、基板出力部４９に設けられている信号用電極４７に当接することとなる。これにより、固定部４５と基板出力部４９とは、微小構造体群４１、４２、信号ライン４６及びこれに当接した信号用電極４７を介して電気的に導通した状態となる。因みにこの場合、微小構造体群４１及び４２を導電材料で構成することにより、この微小構造体群４１及び４２に直接信号が流れるようにしたり、又は、微小構造体群４１及び４２に信号を導通させるための信号ラインを別途設けるようにしてもよい。
【００８５】
かくして、各表面電極５１及び５２に与える直流電位を切り換えることにより、微小構造体群４１及び４２を伸縮動作させることができ、これにより、これらの微小構造体群４１及び４２からなるスイッチ４０をスイッチング動作させる事が可能となる。
【００８６】
このように、本実施の形態のスイッチ４０によれば、微小構造体群４１及び４２に設けられた制御電極としての表面電極５１及び５２に対してその間に静電引力や反発力を生じさせるような直流電位を与えることにより、各微小構造体４１ａ、４１ｂ、４１ｃ及び４２ａ、４２ｂ、４２ｃの移動量は少なくしつつ、微小構造体群４１及び４２全体として移動量を大きくすることが可能となる。この結果、微小な直流電位で駆動させることが可能であり、かつ、高速応答及び高いアイソレーションを実現したスイッチ４０を得ることができる。
【００８７】
なお、上述の実施の形態３においては、信号ライン４６及び信号用電極４７間の電気的結合形態として、これら信号ライン４６及び信号用電極４７を直接接触させることによる抵抗結合を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、信号ライン４６及び信号用電極４７間に所定のギャップを形成することにより、これらを容量結合させるようにしてもよい。
【００８８】
（実施の形態４）
図１５は、本発明の実施の形態４に係るスイッチ６０の構成を示す側面図であり、図１６は、そのスイッチ６０の上面図である。図１５及び図１６に示すスイッチ６０は、半導体の集積回路上に、当該集積回路と同じプロセスで形成されているものであり、無線通信装置の送信回路、受信回路、送受信切り換え回路、又はその他の種々の装置の回路に用いられるものである。このスイッチ６０は、図１について上述したスイッチ１の表面電極４ａ、４ｂ及び５ａ、５ｂによる静電引力を利用したスイッチング動作の、当該静電引力を利用する点を他の構成のスイッチに適用したものである。
【００８９】
すなわち、図１５及び図１６において、スイッチ６０は、支持部６９ａ及び６９ｂによって両端が支持された可動体としての両持ち梁６１を有し、この両持ち梁６１は、基板６２と僅かなギャップを形成して設置されている。両持ち梁６１の基板６２側の面には、電極６３が形成され、また、反対側の面には、櫛歯状電極６５及び６６が形成されている。
【００９０】
入力信号が入力端子６８ａから入力され、電極６３を介して出力端子６８ｂに伝達されることにより、このスイッチ６０を通過するようになされている。このとき、制御部１５から所定の制御信号線（図示せず）を介して電極６３に直流電位を与えると、両持ち梁６１は、図１７に示すように、電極６３と基板側電極６４との間に発生する静電力によって撓み、基板６２と両持ち梁６１との間のギャップが小さくなり互いに接触する。
【００９１】
ここで、両持ち梁６１及び基板側電極６４が直流的に結合することを避けるため、基板側電極６４には、薄い絶縁膜６７を設けている。但し、この絶縁膜６７は、両持ち梁６１側に設けてもよく、また、基板６２側及び両持ち梁６１側の両方に設けてもよい。
【００９２】
基板６２と両持ち梁６１との間のギャップが微小になると、両持ち梁６１の電極６３を伝達されている信号は、基板側電極６４と電気的に結合することにより、出力端子６８ｂには伝達されずに、基板６２側に伝達される。この基板６２を接地させることにより、短絡型のスイッチが構成される。因みに、基板６２を接地させることに代えて、これを別の線路に接続すれば、切り換え型のスイッチを構成することもできる。
【００９３】
そして、両持ち梁６１を撓ませる際に、櫛歯状電極６５及び６６に対して、制御部１５から所定の制御信号線（図示せず）を介して直流電位を与えて、互いに近接した櫛歯状電極６５及び６６に対して、それぞれ矢印７１ａ及び７１ｂで示す方向への静電引力を発生させることにより、両持ち梁６１に圧縮応力を生じさせることができる。この圧縮応力は、両持ち梁６１を基板６２側に撓ませる力となる。この圧縮応力によって両持ち梁６１を撓ませる力は、両持ち梁６１と基板６２との間の静電力と相まって、一段と高速に両持ち梁６１を基板６２側に撓ませることが可能となる。また、このようにすることにより、基板６２と両持ち梁６１との間の静電力のみによって両持ち梁６１を撓ませる場合に比べて、スイッチ６０全体として、印加電圧の低電圧化を図ることもできる。
【００９４】
このように、本実施の形態のスイッチ６０によれば、一段と高速にスイッチング動作を行うことが可能となる。
【００９５】
（実施の形態５）
図１８は、本発明の実施の形態５に係るスイッチ８０の構成を示す側面図であり、図１５及び図１６と同一の構成となる部分については、同一符号を付して詳しい説明を省略する。図１８に示すスイッチ８０は、半導体の集積回路上に、当該集積回路と同じプロセスで形成されているものであり、無線通信装置の送信回路、受信回路、送受信切り換え回路、又はその他の種々の装置の回路に用いられるものである。このスイッチ８０は、図１について上述したスイッチ１の表面電極４ａ、４ｂ及び５ａ、５ｂによる静電引力を利用したスイッチング動作の、当該静電引力を利用する点を他の構成のスイッチに適用したものである。
【００９６】
図１８において、スイッチ８０は、支持部８９によって一端が支持された可動体としての片持ち梁８１を有し、この片持ち梁８１は、基板８２と僅かなギャップを形成して設置されている。片持ち梁８１の基板８２側の面には、電極８３が形成され、また、反対側の面には、櫛歯状電極６５及び６６が形成されている。この櫛歯状電極６５及び６６は、図１６について説明したものと同様のものである。
【００９７】
入力信号が入力端子８８ａから入力され、電極８３を介して出力端子８８ｂに伝達されることにより、このスイッチ８０を通過するようになされている。このとき、制御部１５から所定の制御信号線（図示せず）を介して電極８３に直流電位を与えると、片持ち梁８１は、電極８３と基板側電極８４との間に発生する静電力によって撓み、基板８２と片持ち梁８１との間のギャップが小さくなり互いに接触する。
【００９８】
ここで、片持ち梁８１及び基板側電極８４が直流的に結合することを避けるため、基板側電極８４には、薄い絶縁膜８７を設けている。但し、この絶縁膜８７は、片持ち梁８１側に設けてもよく、また、基板８２側及び片持ち梁８１側の両方に設けてもよい。
【００９９】
基板８２と片持ち梁８１との間のギャップが微小になると、片持ち梁８１の電極８３を伝達されている信号は、基板側電極８４と電気的に結合することにより、出力端子８８ｂには伝達されずに、基板８２側に伝達される。この基板８２を接地させることにより、短絡型のスイッチが構成される。因みに、基板８２を接地させることに代えて、これを別の線路に接続すれば、切り換え型のスイッチを構成することもできる。
【０１００】
そして、片持ち梁８１と基板側電極８４とを引き離す際に、櫛歯状電極６５及び６６に対して、直流電位を与えて、互いに近接した櫛歯状電極６５及び６６に対して、それぞれ矢印９１ａ及び９１ｂで示す方向への静電引力を発生させることにより、片持ち梁８１に当該片持ち梁８１を撓ませるような圧縮応力を生じさせる。この圧縮応力は、片持ち梁８１を基板８２から引き離す力となる。この圧縮応力によって片持ち梁８１を撓ませる力は、片持ち梁８１の本来有する復元力と相まって、一段と高速に片持ち梁８１を基板８２（基板側電極８４）から引き離すことを可能にする。
【０１０１】
このように、本実施の形態のスイッチ８０によれば、一段と高速にスイッチング動作を行うことが可能となる。
【０１０２】
なお、上述の実施の形態５においては、平板状の片持ち梁８１を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、図１８と同一部分に同一符号を付した図１９に示すように、カール状の片持ち梁９５を用いたスイッチ９０としてもよい。このように本来の片持ち梁９５の形状として、図１９に示すようなカール状の状態となっているものを用いることにより、基板側電極８４と電極８３との間の静電力によって片持ち梁９５が基板８２側に接した状態において、櫛歯電極６５及び６６に直流電圧を与えることにより片持ち梁９５を基板８２から引き離す際に、そのカール状ゆえの強い復元力によって一段と高速に、片持ち梁９５を基板８２から引き離すことができる。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、微小な構造体で構成される微小構造体群を用い、各構造体を僅かに移動させることによって、群としては大きな移動量を得ることができる。また、これにより、個々の微小構造体の制御電極に印加する直流電位を小さくすることができる。かくして、高速に応答でき、かつアイソレーションの高いスイッチであって、小さな直流電圧で動作するスイッチを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るスイッチの構成を示す平面図
【図２】本発明の実施の形態１に係るスイッチの構成を示す平面図
【図３】本発明の実施の形態１に係るスイッチの構成を示す平面図
【図４】本発明の実施の形態１に係るスイッチの構成を示す平面図
【図５】本発明の実施の形態１に係るスイッチの構成を示す部分平面図
【図６】本発明の実施の形態１に係るスイッチの変形例を示す平面図
【図７】本発明の実施の形態１に係るスイッチの変形例を示す平面図
【図８】本発明の実施の形態１に係るスイッチの変形例を示す平面図
【図９】本発明の実施の形態１に係るスイッチの変形例の動作原理を示す略線図
【図１０】本発明の実施の形態２に係るスイッチの構成を示す斜視図
【図１１】本発明の実施の形態２に係るスイッチの微小構造体を示す斜視図
【図１２】本発明の実施の形態２に係るスイッチの構成を示す上面図
【図１３】本発明の実施の形態２に係るスイッチの構成を示す側面図
【図１４】本発明の実施の形態３に係るスイッチの構成を示す側面図
【図１５】本発明の実施の形態４に係るスイッチの構成を示す側面図
【図１６】本発明の実施の形態４に係るスイッチの構成を示す上面図
【図１７】本発明の実施の形態４に係るスイッチの構成を示す側面図
【図１８】本発明の実施の形態５に係るスイッチの構成を示す側面図
【図１９】本発明の実施の形態５に係るスイッチの変形例の構成を示す側面図
【図２０】従来のスイッチの構成を示す断面図
【図２１】従来のスイッチの構成を示す上面図
【符号の説明】
１、２０、３０、４０、６０、８０、９０ スイッチ
２、２２、３２ 微小構造体
３ 微小構造体群
４、５、５１、５２ 表面電極
８ 基板側入力部
９ ガイド用電極
１１ 基板側出力部
１５ 制御部
６１ 両持ち梁
６５、６６ 櫛歯状電極
８１、９５ 片持ち梁
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信回路等に用いられるスイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大きさが数百μｍ程度の微細なスイッチとして、「IEEE Microwave and Wireless Components letters,Vol.11 No8,August2001 p334」に記載されているものが知られている。
【０００３】
図２０は、上記文献に記載された、従来のスイッチ１００の構成を示す断面図であり、図２１は、従来のスイッチ１００の上面図である。図２０は、図２１のＡ−Ａ´線を断面にとって示す断面図である。このスイッチ１００は、メンブレン（Switch Membrane）上に、高周波信号が伝達される信号ライン１０１を形成し、当該信号ライン１０１の直下に制御電極１０３を設けている。
【０００４】
制御電極１０３に直流電位を印加すると、メンブレンが制御電極１０３側に静電引力により引き付けられ、撓み、基板１０２上に形成されている接地電極(Ground Metal）１０４と接触することにより、メンブレンに形成されている信号ライン１０１は短絡状態となり、信号ライン１０１を流れる信号は減衰され、遮断される。
【０００５】
これに対して、制御電極１０３に直流電位を印加しなければ、メンブレンは撓まず、当該メンブレン上の信号ライン１０１を流れる信号は、接地電極１０４から損失することなく、スイッチ１００を通過する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のスイッチ１００においては、メンブレンを制御電極１０３側に引き付けるために必要となる直流電位の電圧は、約３０[Ｖ]以上となり、このような高電圧を必要とするスイッチ１００を無線装置に組み込み難いという問題を有していた。
【０００７】
また、メンブレンを制御電極１０３に引き付けて信号を遮断する際の、信号ライン１０１のインピーダンスは短絡状態となることにより、高周波信号を流す場合には反射が発生するため、サーキュレータ等の部品が必要になるという問題を有していた。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、一段と低い直流電位で高速に応答でき、かつ、アイソレーションの高いスイッチを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のスイッチは、表面に複数対の表面電極を有する可動体と、前記可動体の一部に設けられた第１の端子と、前記可動体の一部に設けられ、前記第１の端子との間を導通する信号を所定の外部端子に出力させる第２の端子と、を具備し、前記可動体は、前記可動体を変形させる際に支点となる複数の結合梁部を有し、前記複数対の表面電極に発生する静電引力によって前記複数の結合梁部を支点にして前記可動体を変形させることにより、前記第２の端子と前記所定の外部端子との間の前記信号の通過及び遮断を切り換える構成を採る。
【００１０】
この構成によれば、表面電極間に発生する静電引力によって可動体を変形させ、その変形によって可動体（又は可動体に設けられた端子）及び基板（又は基板に設けられた端子）を電気的に結合又は遮蔽するスイッチを構成することができる。また、複数の結合梁部が支点となって可動体が変形するので、複数組の表面電極のそれぞれで可動体を小さく変位させるだけで、可動体全体として大きな変位量を得ることができる。従って、一段と低い直流電位で高速に応答でき、かつ、アイソレーションの高いスイッチを実現できる。
【００１１】
本発明のスイッチは、表面に複数の表面電極を有し、任意な方向に移動可能な複数の構造体と、直列に結合された前記構造体の間に設けられ、入力信号を前記構造体間で伝達し、かつ各前記構造体上の前記表面電極が少なくとも２組以上対向するように前記各構造体を結合させるとともに、前記構造体を移動させる際に支点となる結合梁部と、各前記表面電極に制御信号を伝達するための制御信号線と、各前記構造体が直列に結合されてなる構造体群の一端側の構造体に設けられ、前記入力信号を前記一端側の構造体に入力させるとともに、前記一端側の構造体を基板に固定する入力端子と、前記構造体群の他端側の構造体に設けられ、所定の外部端子に前記入力信号を出力させる出力端子とを具備し、各前記構造体間で対向する前記表面電極に静電引力を発生させ、前記結合梁部を支点にして各前記表面電極間の相対距離を変化させることにより、前記構造体群の前記他端側を各前記表面電極間の相対距離の変化よりも大なる距離だけ変位させ、前記構造体の出力端子と前記所定の端子との間の電気的結合度を変化させることで、前記出力端子と前記所定の外部端子との間の前記入力信号の通過及び遮断を切り換える構成を採る。
【００１２】
この構成によれば、表面電極間に静電引力を発生させ、この静電引力によって構造体群を変位させることにより、各構造体を小さく変位させるだけで、構造体群として大きな変位量を得ることができる。従って、一段と低い直流電位で高速に応答でき、かつ、アイソレーションの高いスイッチを実現できる。
【００１３】
本発明のスイッチは、上記構成において、前記対向する表面電極の少なくとも一方が曲面を形成している構成を採る。
【００１４】
この構成によれば、構造体の変位に関わらず、表面電極間にその距離が微小である部分を常に存在させるようにすることができる。これにより、常に大きな静電引力を表面電極間に発生させることができる。
【００１５】
本発明のスイッチは、上記構成において、前記構造体群が２次元方向に移動する構成を採る。
【００１６】
この構成によれば、一段と低い直流電位で高速に応答でき、かつ、アイソレーションの高い２次元スイッチを実現できる。
【００１７】
本発明のスイッチは、上記構成において、前記構造体群が３次元方向に移動する構成を採る。
【００１８】
この構成によれば、一段と低い直流電位で高速に応答でき、かつ、アイソレーションの高い３次元スイッチを実現できる。
【００２１】
本発明のスイッチは、上記構成において、前記構造体群を複数並列に設けた構成を採る。
【００２２】
この構成によれば、電極面積を増加させることができ、この分、導体損失を小さくすることができる。従って、スイッチの直流抵抗値を下げることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、表面電極間に発生する静電引力によって可動体を変形させ、その変形によって可動体（又は可動体に設けられた端子）及び基板（又は基板に設けられた端子）を電気的に結合又は遮蔽する高速スイッチを構成することである。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るスイッチの構成を示す平面図である。図１に示すスイッチ１は、複数の微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃによって微小構造体群３が構成され、基板上を平面方向に移動するＳＰＤＴスイッチを構成している。このスイッチ１は、半導体の集積回路上に、当該集積回路と同じプロセスで形成されているものであり、無線通信装置の送信回路、受信回路、送受信切り換え回路、又はその他の種々の装置の回路に用いられるものである。
【００３２】
各微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃとしては、それぞれ、固く表面に電極を形成することが可能なポリシリコン等が用いられ、シリコンの表面に絶縁膜を形成したものが用いられる。但し、本発明はこれに限らず、ポリイミド等の高分子系材料又は、低温プロセスが可能なシリコン系（ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ）等を用いるようにしてもよい。このような材料によって形成された各微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃは、結合梁７ａ及び７ｂによって直列に結合されている。これら直列に結合された複数の微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃのうち、一端側の微小構造体２ａは、基板側に設けられた基板側入力部８に結合されている。
【００３３】
また、この一端側の微小構造体２ａに対して結合梁７ａを介して結合された微小構造体２ｂは、微小構造体２ａとの間の結合梁７ａを支点にして基板上を移動自在となっている。
【００３４】
さらに、微小構造体２ｂに対して結合梁７ｂを介して結合された他端側の微小構造体２ｃは、微小構造体２ｂとの間の結合梁７ｂを支点にして基板上を移動自在となっている。
【００３５】
従って、結合梁７ａ及び７ｂによって結合された複数の微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃは、基板側入力部８に結合された一端側の微小構造体２ａを支点として、他端側の微小構造体２ｃが基板上をその平面方向に首振り動作が可能となっている。
【００３６】
各微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃの長さは１００[μｍ]程度となっており、複数の微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃを直列に繋いだ微小構造体群３の全体としての長さは、５００[μｍ]程度以下となるように形成されている。このような大きさとすることにより、大き過ぎることによる信号損失の増大を回避し得るとともに、小さ過ぎることによる移動量の減少を回避して十分なアイソレーションを確保することができる。
【００３７】
因みに、この実施の形態１の場合、３つの微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃによって可動体としての微小構造体群３を構成する場合について述べているが、本発明はこれに限らず、他の種々の数を適用することができる。
【００３８】
微小構造体２ａの微小構造体２ｂに対向する部分には、平面で構成された端部が形成され、この端部に表面電極５ａ及び５ｂが設けられている。また、微小構造体２ｂの微小構造体２ａに対向する部分には、曲面で構成された端部が形成され、この端部に表面電極４ａ及び４ｂが設けられている。
【００３９】
また、同様にして、微小構造体２ｂの微小構造体２ｃに対向する部分には、平面で構成された端部が形成され、この端部に表面電極５ａ及び５ｂが設けられている。また、微小構造体２ｃの微小構造体２ｂに対向する部分には、曲面で構成された端部が形成され、この端部に表面電極４ａ及び４ｂが設けられている。
【００４０】
各表面電極４ａ、４ｂ、５ａ及び５ｂには、それぞれ図示しない配線パターンによって制御部１５から所定の制御信号線（図示せず）を介して直流電位が与えられるようになされている。従って、各微小構造体２ｂ及び２ｃの一方の表面電極４ａ及び５ａに直流電位を与え、また、他方の表面電極４ｂ及び５ｂにゼロ電位を与えることにより、表面電極４ａ及び５ａ間には静電引力が発生し、微小構造体群３は、図２に示すように、微小構造体２ａを支点として先端の微小構造体２ｃが一方の基板出力部１１ａに当接する方向に移動し、その微小構造体２ｃが基板出力部１１ａに当接した状態が保持される。
【００４１】
このように、表面電極４ａ、４ｂ、５ａ及び５ｂに与える電位によって微小構造体群３を首振り動作させることにより、この微小構造体群３をスイッチ１として用いることができる。
【００４２】
すなわち、図１及び図２と同一部分に同一符号を付して示す図３及び図４に示すように、微小構造体群３に、配線パターン１２を設け、また、基板側に設けられた基板側出力部１１ａ及び１１ｂに基板側電極１０ａ及び１０ｂを設けることにより、微小構造体群３が首振り動作して微小構造体群３の先端部の微小構造体２ｃが基板側出力部１１ａに当接した状態において、当該微小構造体２ｃの配線パターン１２の先端部である出力端子１２ａが、基板側出力部１１ａの基板側電極１０ａに接触する。この結果、基板側に設けられた基板入力部８と基板出力部１１ａとが微小構造体群３を介して、電気的に結合され、基板入力部８からの信号は、基板側出力部１１ａに伝達される。
【００４３】
因みに、表面電極４ａ、４ｂ、５ａ及び５ｂとしては、金、アルミニウム、ニッケル、銅又は合金等の金属や、ポリシリコンの燐をドープして導電率を高めたもの等が用いられる。
【００４４】
ここで、微小構造体群３の先端の微小構造体２ｃには、基板出力部１１ａ又は１１ｂに当接する部位の近傍に、表面電極１３ａ及び１３ｂが設けられている。この表面電極１３ａ又は１３ｂは、例えば、微小構造体２ｂ及び２ｃの表面電極４ａ及び５ａに直流電位が与えられた際に、同じ側の表面電極１３ａにも直流電位が与えられるようになされている。
【００４５】
従って、表面電極４ａ及び５ａに直流電位を与えることにより、微小構造体２ｃが基板出力部１１ａ方向に首振り動作を行うと、その基板出力部１１ａに設けられているガイド用電極９ａと、微小構造体２ｃの表面電極１３ａとの間に静電引力が発生することにより、微小構造体２ｃの首振り動作（移動動作）をガイドすることができる。これにより、微小構造体２ｃは、正確に基板出力部１１ａの所定位置に当接することとなる。
【００４６】
また、微小構造体２ｂ及び２ｃの表面電極４ｂ及び５ｂに直流電位が与えられた際に、同じ側の表面電極１３ｂにも直流電位が与えられるようになされている。
【００４７】
従って、表面電極４ｂ及び５ｂに直流電位を与えることにより、微小構造体２ｃが基板出力部１１ｂ方向に首振り動作を行うと、その基板出力部１１ｂに設けられているガイド用電極９ｂと、微小構造体２ｃの表面電極１３ｂとの間に静電引力が発生することにより、微小構造体２ｃの首振り動作（移動動作）をガイドすることができる。これにより、微小構造体２ｃは、正確に基板出力部１１ｂの所定位置に当接することとなる。
【００４８】
以上の構成において、微小構造体群３からなるスイッチ１は、微小構造体群３を複数の微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃを直列に結合されていることにより、当該スイッチ１の接点となる微小構造体２ｃが基板出力部１１ａ又は１１ｂに当接する際の移動量は、その微小構造体２ｃに結合された微小構造体２ｂに対する首振り動作の移動量のみとなる。また、微小構造体２ｂの移動量は、当該微小構造体２ｂが結合された微小構造体２ａに対する首振り動作の移動量のみとなる。
【００４９】
このように、互いに結合された微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃの微小な移動が足し合わされて、微小構造体群３の先端部に位置する微小構造体２ｃが大きく、基板出力部１１ａ及び１１ｂ間を移動するようになされている。従って、各微小構造体２ｂ及び２ｃについては、これらを微小な首振り動作をさせる程度の極めて小さい直流電位を表面電極４ａ及び５ａ間、又は表面電極４ｂ及び５ｂ間に与えるだけでよく、一段と低い直流電位で動作するスイッチ１が実現される。
【００５０】
また、各微小構造体２ｂ及び２ｃに設けられた表面電極４ａ及び４ｂは、曲面形状となっていることにより、図１に示した、微小構造体群３が首振り動作を行っていない中立位置にある状態、及び図２に示した、微小構造体群３が首振り動作を行っている状態のいずれにおいても、表面電極４ａ及び５ａ間、又は表面電極４ｂ及び５ｂ間において、常に微小なギャップが存在することとなり、これらの表面電極に直流電位を与えることにより、これらの表面電極間に常に大きな静電引力を発生させることができる。従って、さらに一段と低い直流電位でスイッチ１を動作させることができる。
【００５１】
また、基板出力部１１ａ及び１１ｂにガイド用電極９ａ及び９ｂを設け、このガイド用電極９ａ及び９ｂによって微小構造体２ｃの動きをガイドすることにより、微小構造体群３が首振り動作してその微小構造体２ｃが基板出力部１１ａ又は１１ｂに当接する際の位置決め精度を向上させることができる。また、微小構造体群３の首振り動作時に、微小構造体２ｃの表面電極１３ａ又は１３ｂと、ガイド用電極９ａ又は９ｂとの間に発生する静電引力によって微小構造体２ｃが基板出力部１１ａ又は１１ｂ方向に引かれることにより、スイッチ１の動作時に一段と高速な応答を可能とすることができる。また、ガイド用電極９ａ又は９ｂに与える直流電位を調整することによって、微小構造体２ｃと基板側電極１０ａ又は１０ｂとの間の接触圧を、容易に制御することができる。
【００５２】
因みに、微小構造体２ｃの出力端子１２ａ又は１２ｂと基板側電極１０ａ又は１０ｂとをスイッチング動作時に結合させる方法としては、出力端子１２ａ又は１２ｂを構成する金属と、基板側電極１０ａ又は１０ｂを構成する金属とを直接接触させる抵抗結合（図４）、又は、微小なギャップ若しくは薄い絶縁膜を介して容量結合させる方法等を用いることができる。この場合、出力端子１２ａ又は１２ｂと基板側電極１０ａ又は１０ｂの間を微小なギャップを介して容量結合させる方法としては、図５に示すように、微小構造体２ｃが基板出力部１１ａ（又は１１ｂ）に当接した状態において、微小構造体２ｃの出力端子１２ａ（又は１２ｂ）と基板側電極１０ａ（又は１０ｂ）との間にギャップが形成されるように微小構造体２ｃの形状を決めればよい。また、出力端子１２ａ又は１２ｂと基板側電極１０ａ又は１０ｂの間を薄い絶縁膜を介して容量結合させる方法としては、図４に示した構成において、微小構造体２ｃが基板出力部１１ａ（又は１１ｂ）に当接した状態において、微小構造体２ｃの出力端子１２ａ（又は１２ｂ）と基板側電極１０ａ（又は１０ｂ）との間に絶縁膜が介挿されるように、当該絶縁膜を、微小構造体２ｃの表面又は基板出力部１１ａ及び１１ｂの表面に形成すればよい。
【００５３】
このように、本実施の形態のスイッチ１によれば、一段と低い直流電位で高速にスイッチング動作させることができる。
【００５４】
なお、上述の実施の形態においては、１つの微小構造体群３によってスイッチ１を構成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、図４との対応部分に同一符号を付して示す図６に示すように、複数の微小構造体群３を並列に並べて構成するようにしてもよい。このようにすれば、図５について上述した容量結合を行う場合に、微小構造体２ｃのサイズが小さいことによる結合度の低下を複数構成によって等価的に端子面積を大きくすることで回避することができるとともに、図３に示した抵抗結合を行う場合に、出力端子１２ａの面積が小さいことによる導体損失の増大を同様にして回避することができる。因みに、図６に示した微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃは、その形状が平面円形形状のディスク状としてもよい。
【００５５】
また、上述の実施の形態においては、図１〜図４に示した形状の微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃからなる微小構造体群３を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図７及び図８に示す形状のものを用いるようにしてもよい。すなわち、図１〜図４との対応部分に同一符号を付して示す図７及び図８は、他の実施の形態による微小構造体２２ａ、２２ｂ及び２２ｃを含むスイッチ２０の構成を示す平面図である。
【００５６】
図７は可動体としての微小構造体群２３が中立の位置にある状態を示し、また図８は、微小構造体群２３が移動して一方の基板出力部１１ａに当接した状態を示す。この図７及び図８に示す微小構造体２２ａ、２２ｂ及び２２ｃの形状（表面電極２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂが設けられた曲面の形状）は、表面電極２４ａ及び２５ａ間、表面電極２４ｂ及び２５ｂ間の各静電引力が最大となるような形状に形成されている。
【００５７】
すなわち、微小構造体２２ｃと基板出力部１１ａ（１１ｂ）との間の間隔をＤ、微小構造体２２ａ、２２ｂ又は２２ｃの長さをＬ、幅を２αとする。また、図７に示すように、微小構造体群２３が中立状態となっている場合の、表面電極２４ａ及び２５ａ間、及び表面電極２４ｂ及び２５ｂ間に生じる最大間隔をｄとする。
【００５８】
基板出力部１１ａ（１１ｂ）と微小構造体の間隔Ｄは、このスイッチ２０を流れる信号の周波数、所望とするアイソレーション及び微小構造体２２ｃの出力端子（図３及び図４に示した出力端子１２ａ、１２ｂに相当）の断面積によって一意に決まるものである。この場合、出力端子の断面積を２５００[μｍ2]、信号の周波数を５[ＧＨｚ]、所望とするアイソレーションを３０[ｄＢ]以上とすると、間隔Ｄを１[μｍ]以上確保すれば、実用上十分なアイソレーションを達成することができる。
【００５９】
そして、各微小構造体２２ａ、２２ｂ及び２２ｃの最大傾斜角度θ（図８）は、θ＝tan-1（ｄ/Ｌ）で表わされる。例えば、３個の微小構造体２２ａ、２２ｂ及び２２ｃを直列に接続した際の、微小構造体２２ｃの外形形状を構成する曲面の位置（以下、これを単に微小構造体２２ｃの位置と称する）（ｘ3、ｙ3）は、以下の（式１）〜（式５）によって求められる。
【００６０】
すなわち、図９に示すように、基板側入力部８の側に設けられた、第１の微小構造体２２ａを傾斜させない方向ｃ１（θ＝０）から角度θだけ傾斜させた場合の当該第１の微小構造体２２ａの位置（ｘ1、ｙ1）は、以下の（式１）によって表される。
【００６１】
【数１】
【００６２】
【数２】
【００６３】
【数３】
【００６４】
この（式３）の結果に対して、さらに、以下の（式４）によって表される計算を行うことにより、傾斜させない方向ｃ２（θ＝０）から角度２θだけ傾斜した第２の微小構造体２２ｂから、さらに傾斜させない方向ｃ３（θ＝０）に第３の微小構造体２２ｃがあると仮定した場合の、第３の微小構造体２２ｃの位置（ｘ3′、ｙ3′）を求める。
【００６５】
【数４】
【００６６】
【数５】
【００６７】
このように、図７及び図８に示す微小構造体２２ａ、２２ｂ及び２２ｃを用いたスイッチ２０においては、図１〜図４について上述したスイッチ１と同様にして、各微小構造体２２ａ、２２ｂ及び２２ｃの表面電極２４ａ、２４ｂ、２５ａ及び２５ｂへの所定の直流電位の印加によって静電引力を発生させることにより、微小構造体群２３を首振り動作させ、これによりスイッチング動作を行うことができる。このスイッチ２０の場合、各微小構造体２２ａ、２２ｂ及び２２ｃが、上述の（式１）〜（式５）に基づいて形成された曲面形状を有し、この曲面に表面電極２４ａ、２４ｂ、２５ａ及び２５ｂが設けられていることにより、最大の静電力を生じさせることができる。
【００６８】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２に係るスイッチ３０の構成を示す斜視図である。但し、図１〜図４と同一の構成となるものについては、図１〜図４と同一番号を付し、詳しい説明を省略する。
【００６９】
図１０に示すスイッチ３０は、半導体の集積回路上に、当該集積回路と同じプロセスで形成されているものであり、無線通信装置の送信回路、受信回路、送受信切り換え回路、又はその他の種々の装置の回路に用いられるものである。このスイッチ３０は、図１について上述したスイッチ１の２次元的な移動（首振り）方向と比べて、３次元方向に移動（首振り）動作する点が異なる。このスイッチ３０においては、３次元方向に首振り動作を行うことを実現するために、基板入力部８側に対して３次元方向に揺動自在に支持された第１の微小構造体３２ａと、当該第１の微小構造体３２ａに対して３次元方向に揺動自在に支持された第２の微小構造体３２ｂと、当該第２の微小構造体３２ｂに対して３次元方向に揺動自在に支持された第３の微小構造体３２ｃとからなる可動体としての微小構造体群３３を有する。
【００７０】
この微小構造体群３３を構成する各微小構造体３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、それぞれ略球形に形成されており、この球形の微小構造体３２ａ、３２ｂ、３２ｃの各表面には、それぞれ表面電極が制御電極として設けられている。
【００７１】
図１１は、第３の微小構造体３２ｃの表面構成を示す斜視図である。ただし、他の微小構造体３２ａ及び３２ｂも、この第３の微小構造体３２ｃと同様の構成を有するものとする。
【００７２】
図１１において、微小構造体３２ｃは、その表面において、制御電極としての表面電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…及び、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、…が設けられている。これらの表面電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…及び、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、…に対して選択的に所定の直流電位を与えることにより、図１〜図４に上述したスイッチ１の場合と同様にして、微小構造体群３３を首振り動作させることができる。
【００７３】
ずなわち、図１２は、スイッチ３０の上面図であり、微小構造体群３３の各微小構造体３２ａ、３２ｂ及び３２ｃの表面電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…及び、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、…のうち、互いに対向する表面電極（１７ｂ及び１７ｄ、１７ａ及び１７ｅ、１６ｂ及び１６ｄ、１６ａ及び１６ｅ）の間に静電引力が発生するように、各表面電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…及び、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、…のうちのいずれかを選択し、当該選択された表面電極に対して直流電位を与える。
【００７４】
これにより、微小構造体群３３は、図１２において一点鎖線で示すように、制御部１５から所定の制御信号線（図示せず）を介して与えられた直流電位に応じて、左右いずれかの方向に首振り動作をする。スイッチ３０の基板ベース部３４には、基板出力部１１ａ及び１１ｂが設けられており、左右方向に首振り動作した微小構造体３２ｃが基板出力部１１ａ又は１１ｂに当接することにより、当該当接箇所に設けられた配線パターンの端子同士が接してスイッチング動作する。また、基板出力部１１ａ及び１１ｂには、基板側電極１０ａ及び１０ｂが設けられており、この基板側電極１０ａ又は１０ｂに直流電位を与えることにより、微小構造体３２ｃを引きつける静電引力を、その微小構造体３２ｃの表面電極との間で発生させることができる。これにより、スイッチ３０を高速にスイッチング動作させることができる。
【００７５】
因みに、微小構造体群３３は、中立状態で保持されるような構成とされている。この構成とは、各微小構造体３２ａ、３２ｂ及び３２ｃの表面電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…及び、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、…に対して、微小構造体群３３が中立位置に保持されるような直流電圧を与える構成、又は、弾性を持った所定の支持部材（図示せず）によって微小構造体群３３を支えるようにしてもよい。
【００７６】
また、図１３は、スイッチ３０の側面図であり、微小構造体群３３の各微小構造体３２ａ、３２ｂ及び３２ｃの表面電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…のうち、互いに対向する表面電極（１６ｂ及び１６ｄ、１６ａ及び１６ｅ）の間に静電引力が発生するように、各表面電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、…のうちのいずれかを選択し、当該選択された表面電極に対して直流電位を与える。
【００７７】
これにより、微小構造体群３３は、図１３において一点鎖線で示すように、与えられた直流電位に応じて、下方向に首振り動作をする。スイッチ３０の基板ベース部３４には、基板出力部３１が設けられており、下方向に首振り動作した微小構造体３２ｃが基板出力部３１に当接することにより、当該当接箇所に設けられた配線パターンの端子同士が接してスイッチング動作する。また、この基板出力部３１には、基板側電極１０ｃが設けられている。この基板側電極１０ｃに直流電位を与えることにより、微小構造体３２ｃを引きつける静電引力を、その微小構造体３２ｃの表面電極との間で発生させることができ、これにより、微小構造体群３３を下方向に首振り動作させることによるスイッチング動作を高速で行うことができる。
【００７８】
なお、上述の実施の形態２においては、微小構造体群３３を中立状態から下方向に首振り動作させることにより、スイッチング動作させる場合についてのべたが、本発明はこれに限らず、微小構造体群３３の上方にも基板出力部を設け、微小構造体群３３を上下方向に首振り動作させるようにしてもよい。
【００７９】
また、上述の実施の形態２においては、微小構造体群３３を左右方向及び上下方向に首振り動作させる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、他の種々の方向に首振り動作させるようにしてもよい。このようにすれば、スイッチング動作のための方向を上下左右方向以外にも複数設定し、この方向に基板出力部を設けることにより、複数接点を切り換えるスイッチング動作を可能とすることができる。
【００８０】
（実施の形態３）
図１４は、本発明の実施の形態３に係るスイッチ４０の構成を示す側面図である。図１４に示すスイッチ４０は、半導体の集積回路上に、当該集積回路と同じプロセスで形成されているものであり、無線通信装置の送信回路、受信回路、送受信切り換え回路、又はその他の種々の装置の回路に用いられるものである。そしてこのスイッチ４０は、図１について上述したスイッチ１の微小構造体２ａ、２ｂ及び２ｃに代えて、平板形状の微小構造体４１ａ、４１ｂ、４１ｃ及び４２ａ、４２ｂ、４２ｃを用いて、可動体としての微小構造体群４１及び４２を構成している。
【００８１】
微小構造体群４１は、各微小構造体４１ａ、４１ｂ及び４１ｃを結合梁４８によって結合して構成されており、その固定端部側は、基板（図示せず）上にほぼ垂直に固定された固定部４５に結合され、またその可動端部側には可動部４４が結合されている。また、微小構造体群４２は、各微小構造体４２ａ、４２ｂ及び４２ｃを結合梁４８によって結合して構成されており、その固定端部側が基板（図示せず）上に固定された固定部４５に結合され、またその可動端部側には可動部４４が結合されている。
【００８２】
これにより、各微小構造体群４１及び４２は、基板上を水平１軸方向に伸縮自在となっている。従って、この微小構造体群４１及び４２の可動端部側に設けられた可動部４４は、微小構造体群４１及び４２の伸縮に伴って、基板上を水平１軸方向に移動自在となっている。
【００８３】
各微小構造体４１ａ、４１ｂ、４１ｃ及び４２ａ、４２ｂ、４２ｃには、当該各微小構造体４１ａ、４１ｂ、４１ｃ及び４２ａ、４２ｂ、４２ｃが縮んだ際に互いに対向する部分に、制御電極として表面電極５１及び５２が設けられている。そして、例えば、制御部１５から所定の制御信号線（図示せず）によって表面電極５１に直流電位を与えるとともに、これに対向する表面電極５２に０電位を与えることにより、対向する各表面電極５１及び５２の間に静電引力を発生させることができる。このようにして、各表面電極５１及び５２の間に静電引力を発生させると、微小構造体群４１及び４２は、それぞれ縮むように変位する。この結果、微小構造体群４１及び４２の先端側に固定された可動部４４が固定部４５に近接する方向に引き寄せられる。
【００８４】
これに対して、互いに対向する各表面電極５１及び５２に対して、それぞれ反発力を発生するような直流電位を与えることにより、微小構造体群４１及び４２は、伸びるように変位する。この結果、可動部４４は、固定部４５から離間する方向に移動することにより、この可動部４４に設けられた信号ライン４６が、基板出力部４９に設けられている信号用電極４７に当接することとなる。これにより、固定部４５と基板出力部４９とは、微小構造体群４１、４２、信号ライン４６及びこれに当接した信号用電極４７を介して電気的に導通した状態となる。因みにこの場合、微小構造体群４１及び４２を導電材料で構成することにより、この微小構造体群４１及び４２に直接信号が流れるようにしたり、又は、微小構造体群４１及び４２に信号を導通させるための信号ラインを別途設けるようにしてもよい。
【００８５】
かくして、各表面電極５１及び５２に与える直流電位を切り換えることにより、微小構造体群４１及び４２を伸縮動作させることができ、これにより、これらの微小構造体群４１及び４２からなるスイッチ４０をスイッチング動作させる事が可能となる。
【００８６】
このように、本実施の形態のスイッチ４０によれば、微小構造体群４１及び４２に設けられた制御電極としての表面電極５１及び５２に対してその間に静電引力や反発力を生じさせるような直流電位を与えることにより、各微小構造体４１ａ、４１ｂ、４１ｃ及び４２ａ、４２ｂ、４２ｃの移動量は少なくしつつ、微小構造体群４１及び４２全体として移動量を大きくすることが可能となる。この結果、微小な直流電位で駆動させることが可能であり、かつ、高速応答及び高いアイソレーションを実現したスイッチ４０を得ることができる。
【００８７】
なお、上述の実施の形態３においては、信号ライン４６及び信号用電極４７間の電気的結合形態として、これら信号ライン４６及び信号用電極４７を直接接触させることによる抵抗結合を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、信号ライン４６及び信号用電極４７間に所定のギャップを形成することにより、これらを容量結合させるようにしてもよい。
【００８８】
（実施の形態４）
図１５は、本発明の実施の形態４に係るスイッチ６０の構成を示す側面図であり、図１６は、そのスイッチ６０の上面図である。図１５及び図１６に示すスイッチ６０は、半導体の集積回路上に、当該集積回路と同じプロセスで形成されているものであり、無線通信装置の送信回路、受信回路、送受信切り換え回路、又はその他の種々の装置の回路に用いられるものである。このスイッチ６０は、図１について上述したスイッチ１の表面電極４ａ、４ｂ及び５ａ、５ｂによる静電引力を利用したスイッチング動作の、当該静電引力を利用する点を他の構成のスイッチに適用したものである。
【００８９】
すなわち、図１５及び図１６において、スイッチ６０は、支持部６９ａ及び６９ｂによって両端が支持された可動体としての両持ち梁６１を有し、この両持ち梁６１は、基板６２と僅かなギャップを形成して設置されている。両持ち梁６１の基板６２側の面には、電極６３が形成され、また、反対側の面には、櫛歯状電極６５及び６６が形成されている。
【００９０】
入力信号が入力端子６８ａから入力され、電極６３を介して出力端子６８ｂに伝達されることにより、このスイッチ６０を通過するようになされている。このとき、制御部１５から所定の制御信号線（図示せず）を介して電極６３に直流電位を与えると、両持ち梁６１は、図１７に示すように、電極６３と基板側電極６４との間に発生する静電力によって撓み、基板６２と両持ち梁６１との間のギャップが小さくなり互いに接触する。
【００９１】
ここで、両持ち梁６１及び基板側電極６４が直流的に結合することを避けるため、基板側電極６４には、薄い絶縁膜６７を設けている。但し、この絶縁膜６７は、両持ち梁６１側に設けてもよく、また、基板６２側及び両持ち梁６１側の両方に設けてもよい。
【００９２】
基板６２と両持ち梁６１との間のギャップが微小になると、両持ち梁６１の電極６３を伝達されている信号は、基板側電極６４と電気的に結合することにより、出力端子６８ｂには伝達されずに、基板６２側に伝達される。この基板６２を接地させることにより、短絡型のスイッチが構成される。因みに、基板６２を接地させることに代えて、これを別の線路に接続すれば、切り換え型のスイッチを構成することもできる。
【００９３】
そして、両持ち梁６１を撓ませる際に、櫛歯状電極６５及び６６に対して、制御部１５から所定の制御信号線（図示せず）を介して直流電位を与えて、互いに近接した櫛歯状電極６５及び６６に対して、それぞれ矢印７１ａ及び７１ｂで示す方向への静電引力を発生させることにより、両持ち梁６１に圧縮応力を生じさせることができる。この圧縮応力は、両持ち梁６１を基板６２側に撓ませる力となる。この圧縮応力によって両持ち梁６１を撓ませる力は、両持ち梁６１と基板６２との間の静電力と相まって、一段と高速に両持ち梁６１を基板６２側に撓ませることが可能となる。また、このようにすることにより、基板６２と両持ち梁６１との間の静電力のみによって両持ち梁６１を撓ませる場合に比べて、スイッチ６０全体として、印加電圧の低電圧化を図ることもできる。
【００９４】
このように、本実施の形態のスイッチ６０によれば、一段と高速にスイッチング動作を行うことが可能となる。
【００９５】
（実施の形態５）
図１８は、本発明の実施の形態５に係るスイッチ８０の構成を示す側面図であり、図１５及び図１６と同一の構成となる部分については、同一符号を付して詳しい説明を省略する。図１８に示すスイッチ８０は、半導体の集積回路上に、当該集積回路と同じプロセスで形成されているものであり、無線通信装置の送信回路、受信回路、送受信切り換え回路、又はその他の種々の装置の回路に用いられるものである。このスイッチ８０は、図１について上述したスイッチ１の表面電極４ａ、４ｂ及び５ａ、５ｂによる静電引力を利用したスイッチング動作の、当該静電引力を利用する点を他の構成のスイッチに適用したものである。
【００９６】
図１８において、スイッチ８０は、支持部８９によって一端が支持された可動体としての片持ち梁８１を有し、この片持ち梁８１は、基板８２と僅かなギャップを形成して設置されている。片持ち梁８１の基板８２側の面には、電極８３が形成され、また、反対側の面には、櫛歯状電極６５及び６６が形成されている。この櫛歯状電極６５及び６６は、図１６について説明したものと同様のものである。
【００９７】
入力信号が入力端子８８ａから入力され、電極８３を介して出力端子８８ｂに伝達されることにより、このスイッチ８０を通過するようになされている。このとき、制御部１５から所定の制御信号線（図示せず）を介して電極８３に直流電位を与えると、片持ち梁８１は、電極８３と基板側電極８４との間に発生する静電力によって撓み、基板８２と片持ち梁８１との間のギャップが小さくなり互いに接触する。
【００９８】
ここで、片持ち梁８１及び基板側電極８４が直流的に結合することを避けるため、基板側電極８４には、薄い絶縁膜８７を設けている。但し、この絶縁膜８７は、片持ち梁８１側に設けてもよく、また、基板８２側及び片持ち梁８１側の両方に設けてもよい。
【００９９】
基板８２と片持ち梁８１との間のギャップが微小になると、片持ち梁８１の電極８３を伝達されている信号は、基板側電極８４と電気的に結合することにより、出力端子８８ｂには伝達されずに、基板８２側に伝達される。この基板８２を接地させることにより、短絡型のスイッチが構成される。因みに、基板８２を接地させることに代えて、これを別の線路に接続すれば、切り換え型のスイッチを構成することもできる。
【０１００】
そして、片持ち梁８１と基板側電極８４とを引き離す際に、櫛歯状電極６５及び６６に対して、直流電位を与えて、互いに近接した櫛歯状電極６５及び６６に対して、それぞれ矢印９１ａ及び９１ｂで示す方向への静電引力を発生させることにより、片持ち梁８１に当該片持ち梁８１を撓ませるような圧縮応力を生じさせる。この圧縮応力は、片持ち梁８１を基板８２から引き離す力となる。この圧縮応力によって片持ち梁８１を撓ませる力は、片持ち梁８１の本来有する復元力と相まって、一段と高速に片持ち梁８１を基板８２（基板側電極８４）から引き離すことを可能にする。
【０１０１】
このように、本実施の形態のスイッチ８０によれば、一段と高速にスイッチング動作を行うことが可能となる。
【０１０２】
なお、上述の実施の形態５においては、平板状の片持ち梁８１を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、図１８と同一部分に同一符号を付した図１９に示すように、カール状の片持ち梁９５を用いたスイッチ９０としてもよい。このように本来の片持ち梁９５の形状として、図１９に示すようなカール状の状態となっているものを用いることにより、基板側電極８４と電極８３との間の静電力によって片持ち梁９５が基板８２側に接した状態において、櫛歯電極６５及び６６に直流電圧を与えることにより片持ち梁９５を基板８２から引き離す際に、そのカール状ゆえの強い復元力によって一段と高速に、片持ち梁９５を基板８２から引き離すことができる。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、微小な構造体で構成される微小構造体群を用い、各構造体を僅かに移動させることによって、群としては大きな移動量を得ることができる。また、これにより、個々の微小構造体の制御電極に印加する直流電位を小さくすることができる。かくして、高速に応答でき、かつアイソレーションの高いスイッチであって、小さな直流電圧で動作するスイッチを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るスイッチの構成を示す平面図
【図２】本発明の実施の形態１に係るスイッチの構成を示す平面図
【図３】本発明の実施の形態１に係るスイッチの構成を示す平面図
【図４】本発明の実施の形態１に係るスイッチの構成を示す平面図
【図５】本発明の実施の形態１に係るスイッチの構成を示す部分平面図
【図６】本発明の実施の形態１に係るスイッチの変形例を示す平面図
【図７】本発明の実施の形態１に係るスイッチの変形例を示す平面図
【図８】本発明の実施の形態１に係るスイッチの変形例を示す平面図
【図９】本発明の実施の形態１に係るスイッチの変形例の動作原理を示す略線図
【図１０】本発明の実施の形態２に係るスイッチの構成を示す斜視図
【図１１】本発明の実施の形態２に係るスイッチの微小構造体を示す斜視図
【図１２】本発明の実施の形態２に係るスイッチの構成を示す上面図
【図１３】本発明の実施の形態２に係るスイッチの構成を示す側面図
【図１４】本発明の実施の形態３に係るスイッチの構成を示す側面図
【図１５】本発明の実施の形態４に係るスイッチの構成を示す側面図
【図１６】本発明の実施の形態４に係るスイッチの構成を示す上面図
【図１７】本発明の実施の形態４に係るスイッチの構成を示す側面図
【図１８】本発明の実施の形態５に係るスイッチの構成を示す側面図
【図１９】本発明の実施の形態５に係るスイッチの変形例の構成を示す側面図
【図２０】従来のスイッチの構成を示す断面図
【図２１】従来のスイッチの構成を示す上面図
【符号の説明】
１、２０、３０、４０、６０、８０、９０ スイッチ
２、２２、３２ 微小構造体
３ 微小構造体群
４、５、５１、５２ 表面電極
８ 基板側入力部
９ ガイド用電極
１１ 基板側出力部
１５ 制御部
６１ 両持ち梁
６５、６６ 櫛歯状電極
８１、９５ 片持ち梁
Claims (6)
- 表面に複数対の表面電極を有する可動体と、
前記可動体の一部に設けられた第１の端子と、
前記可動体の一部に設けられ、前記第１の端子との間を導通する信号を所定の外部端子に出力させる第２の端子と、を具備し、
前記可動体は、前記可動体を移動させる際に支点となる複数の結合梁部を有し、
前記複数対の表面電極間に発生する静電引力によって前記複数の結合梁部を支点にして前記可動体を変形させることにより、前記第２の端子と前記所定の外部端子との間の前記信号の通過及び遮断を切り換えることを特徴とするスイッチ。 - 表面に複数の表面電極を有し、任意な方向に移動可能な複数の構造体と、
直列に結合された前記構造体の間に設けられ、入力信号を前記構造体間で伝達し、かつ各前記構造体上の前記表面電極が少なくとも２組以上対向するように前記各構造体を結合させるとともに、前記構造体を移動させる際に支点となる結合梁部と、
各前記表面電極に制御信号を伝達するための制御信号線と、
各前記構造体が直列に結合されてなる構造体群の一端側の構造体に設けられ、前記入力信号を前記一端側の構造体に入力させるとともに、前記一端側の構造体を基板に固定する入力端子と、
前記構造体群の他端側の構造体に設けられ、所定の外部端子に前記入力信号を出力させる出力端子と、
を具備し、
各前記構造体間で対向する前記表面電極に静電引力を発生させ、前記結合梁部を支点にして各前記表面電極間の相対距離を変化させることにより、前記構造体群の前記他端側を各前記表面電極間の相対距離の変化よりも大なる距離だけ変位させ、前記構造体の出力端子と前記所定の端子との間の電気的結合度を変化させることで、前記出力端子と前記所定の外部端子との間の前記入力信号の通過及び遮断を切り換えることを特徴とするスイッチ。 - 前記対向する表面電極の少なくとも一方が曲面を形成していることを特徴とする請求項２記載のスイッチ。
- 前記構造体群が２次元方向に移動することを特徴とする請求項２記載のスイッチ。
- 前記構造体群が３次元方向に移動することを特徴とする請求項２記載のスイッチ。
- 前記構造体群を複数並列に設けたことを特徴とする請求項２記載のスイッチ。
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