JP4500201B2 - Micromachine switch - Google Patents
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Description
本発明は、半導体の微細加工技術を利用して極微細でメカニカルな機構を実現したマイクロマシンの技術分野に属し、特に基板上を伸びる信号線の導通/非導通を切替え制御するマイクロマシンスイッチに関するものである。 The present invention belongs to a technical field of a micromachine that realizes an extremely fine mechanical mechanism using a semiconductor microfabrication technology, and particularly relates to a micromachine switch that controls switching between conduction / non-conduction of a signal line extending on a substrate. is there.
この種のマイクロマシンスイッチは、図18及び図19に示す如く、ガラス製の基板(10)の表面に形成された信号線(20)に対して、作用電極(80)を接触又は離間させることにより、信号線(20)の導通/非導通を制御するものである(特許文献1参照)。 As shown in FIGS. 18 and 19, this type of micromachine switch is configured by bringing a working electrode (80) into contact with or separating from a signal line (20) formed on the surface of a glass substrate (10). In this case, the conduction / non-conduction of the signal line (20) is controlled (see Patent Document 1).
該マイクロマシンスイッチは、基板(10)上の信号線(20)を挟んで両側に設けられた左右一対のシリコン製の支持部(50)(50)と、該支持部(50)(50)から互いに接近する方向に伸びる左右一対のシリコン製のアーム部(70)(70)と、該アーム部(70)(70)の先端部に設けられた左右一対のシリコン製の上部電極(40)(40)と、両上部電極(40)(40)の裏面に跨って架設された絶縁性部材(60a)とを具え、該絶縁性部材(60a)の表面中央部にシリコン製の補強部(30)が設けられると共に、該絶縁性部材(60a)の裏面中央部には、信号線(20)の断線部分に対向して、前記作用電極(80)が形成されている。
一方、基板(10)の表面には、左右一対の上部電極(40)(40)との対向位置に、左右一対の下部電極(90)(90)が形成されている。
The micromachine switch includes a pair of left and right silicon support portions (50) and (50) provided on both sides of the signal line (20) on the substrate (10), and the support portions (50) and (50). A pair of left and right silicon arms (70) and (70) extending in a direction approaching each other, and a pair of left and right silicon upper electrodes (40) provided at the distal ends of the arms (70) and (70) ( 40) and an insulating member (60a) laid across the back surfaces of both upper electrodes (40) and (40), and a silicon reinforcing portion (30) at the center of the surface of the insulating member (60a). ) And the working electrode (80) is formed at the center of the back surface of the insulating member (60a) so as to face the disconnection portion of the signal line (20).
On the other hand, a pair of left and right lower electrodes (90) and (90) are formed on the surface of the substrate (10) at positions facing the pair of left and right upper electrodes (40) and (40).
上記マイクロマシンスイッチにおいては、上部電極(40)(40)と下部電極(90)(90)の間に静電気力を発生させることにより、図20に示す如く、左右一対のアーム部(70)(70)が弾性変形して、作用電極(80)が信号線(20)に接触することになる。又、前記静電気力を消失させることにより、図19に示す如く、第1アーム部(70)(70)が弾性復帰して、信号線(20)から作用電極(80)が離間する。 In the micromachine switch, by generating an electrostatic force between the upper electrodes (40) (40) and the lower electrodes (90) (90), as shown in FIG. 20, a pair of left and right arms (70) (70) ) Is elastically deformed, and the working electrode (80) comes into contact with the signal line (20). Further, by eliminating the electrostatic force, as shown in FIG. 19, the first arm portions (70) (70) are elastically restored and the working electrode (80) is separated from the signal line (20).
図17(a)は、信号線(20)の片側に形成したマイクロマシンスイッチの構成を示している。該マイクロマシンスイッチにおいては、支持部(50)にアーム部(70)が突設され、該アーム部(70)の先端部に絶縁性部材(60)が連結されており、該絶縁性部材(60)の裏面に、上部電極(40)と作用電極(80)が形成されている。 FIG. 17A shows a configuration of a micromachine switch formed on one side of the signal line (20). In the micromachine switch, an arm part (70) protrudes from the support part (50), and an insulating member (60) is connected to the tip of the arm part (70), and the insulating member (60 ) Are formed with an upper electrode (40) and a working electrode (80).
該マイクロマシンスイッチにおいて、上部電極(40)と下部電極(90)の間に静電気力を発生させることにより、作用電極(80)が信号線(20)に接触すると、信号線(20)が導通状態となって、該信号線(20)を例えば数百GHz帯までの高周波信号が流れることになる。
ここで、作用電極(80)と信号線(20)の間には接触抵抗Rが存在するため、スイッチオン時の状態は、図17(b)に示す等価回路で表わすことが出来る。このとき、抵抗Rによる信号の減衰量は、図17(c)に示す様に、信号の周波数に拘わらず一定となる。
In the micromachine switch, when the working electrode (80) contacts the signal line (20) by generating an electrostatic force between the upper electrode (40) and the lower electrode (90), the signal line (20) is in a conductive state. Thus, for example, a high-frequency signal up to several hundred GHz band flows through the signal line (20).
Here, since the contact resistance R exists between the working electrode (80) and the signal line (20), the switch-on state can be expressed by an equivalent circuit shown in FIG. At this time, the amount of attenuation of the signal by the resistor R is constant regardless of the frequency of the signal, as shown in FIG.
又、図8に示すマイクロマシンスイッチは、信号線(20)に対して作用電極(80)を接近させて該信号線(20)と作用電極(80)の間のキャパシタンス成分を増大させることにより、該信号線(20)を流れる信号を遮断する、所謂シャント型のスイッチであって、導電性部材(63)の裏面には、信号線(20)との対向位置に作用電極(80)が形成され、該作用電極(80)は絶縁層(61)によって覆われている。 Further, the micromachine switch shown in FIG. 8 increases the capacitance component between the signal line (20) and the working electrode (80) by bringing the working electrode (80) closer to the signal line (20). This is a so-called shunt switch that cuts off the signal flowing through the signal line (20), and a working electrode (80) is formed on the back surface of the conductive member (63) at a position facing the signal line (20). The working electrode (80) is covered with an insulating layer (61).
該マイクロマシンスイッチにおいて、上部電極(40)と下部電極(90)の間に静電気力を発生させることにより、絶縁層(61)が信号線(20)に接触し、信号線(20)と作用電極(80)とが互いに接近すると、信号線(20)と作用電極(80)の間のキャパシタンス成分が増大し、この状態は、図8(b)に示す如く信号線(20)に容量Cのキャパシタンス成分が接続された等価回路により表わすことが出来る。
従って、信号線(20)を流れる信号の減衰量は、図8(c)に示すように信号の周波数の上昇につれて増大し、高い周波数を有する信号は大きな減衰を伴って、信号線(20)の通過を阻止されることになる。
Therefore, the attenuation amount of the signal flowing through the signal line (20) increases as the signal frequency increases as shown in FIG. 8 (c), and a signal having a high frequency is accompanied by a large attenuation. Will be blocked.
しかしながら、図8(a)に示すマイクロマシンスイッチにおいては、同図(c)に示す様に周波数の上昇につれて信号の減衰量が徐々に増大するので、信号線(20)を流れる信号の周波数fが比較的低い場合は、スイッチオフ時に充分に大きな減衰量が得られず、信号遮断特性(アイソレーション特性)が悪くなる問題があった。
又、図17(a)に示すマイクロマシンスイッチにおいては、信号線(20)と作用電極(80)の間の接触抵抗Rが大きいときには、高周波信号の通過特性が悪くなる問題があった。特に、スイッチを長期間使用するとき接触抵抗が増大した。
However, in the micromachine switch shown in FIG. 8 (a), the signal attenuation gradually increases as the frequency increases as shown in FIG. 8 (c), so the frequency f of the signal flowing through the signal line (20) is If it is relatively low, there is a problem that a sufficiently large attenuation amount cannot be obtained when the switch is turned off and the signal cutoff characteristic (isolation characteristic) is deteriorated.
Further, in the micromachine switch shown in FIG. 17A, when the contact resistance R between the signal line (20) and the working electrode (80) is large, there is a problem that the high frequency signal passing characteristic is deteriorated. In particular, the contact resistance increased when the switch was used for a long time.
そこで、本発明の第1の目的は、信号線を流れる信号についてスイッチオフ時には充分に大きな減衰量を得ることが出来る信号遮断特性の良好なマイクロマシンスイッチを提供することである。
又、本発明の第2の目的は、信号線を流れる信号についてスイッチオン時には減衰量を充分に抑制することが出来る信号通過特性の良好なマイクロマシンスイッチを提供することである。
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a micromachine switch having a good signal cutoff characteristic capable of obtaining a sufficiently large attenuation amount for a signal flowing through a signal line when the switch is turned off.
A second object of the present invention is to provide a micromachine switch having a good signal passing characteristic capable of sufficiently suppressing an attenuation amount of a signal flowing through a signal line when the switch is turned on.
本発明に係る第1のマイクロマシンスイッチは、基板(1)上を伸びる信号線(2)に対して作用電極(8)を接近させて該信号線(2)と作用電極(8)の間のキャパシタンス成分を増大させることにより、該信号線(2)を流れる信号を遮断するものであって、
基板(1)の表面に配備された支持部(5)と、該支持部(5)に突設されて基板(1)の表面から離間した位置を基板(1)に沿って伸びるアーム部(7)と、該アーム部(7)の先端部に設けられた上部電極(4)と、該アーム部(7)の先端部に前記上部電極(4)と近接して設けられた作用電極(8)と、前記基板(1)の表面に前記上部電極(4)と対向して配備された下部電極(9)とを具え、前記アーム部(7)は少なくとも一部が導電性材料から形成されて所定のインダクタンス成分を有し、該インダクタンス成分と前記キャパシタンス成分とによって決まる共振周波数が信号線(2)を通過する信号の周波数に一致若しくは近似する様、前記アーム部(7)の形状寸法が規定されている。
In the first micromachine switch according to the present invention, the working electrode (8) is brought close to the signal line (2) extending on the substrate (1), so that the signal line (2) and the working electrode (8) are connected. By increasing the capacitance component, the signal flowing through the signal line (2) is blocked,
A support portion (5) disposed on the surface of the substrate (1), and an arm portion that protrudes from the support portion (5) and extends from the surface of the substrate (1) along the substrate (1) ( 7), an upper electrode (4) provided at the distal end portion of the arm portion (7), and a working electrode (provided near the upper electrode (4) at the distal end portion of the arm portion (7)). 8) and a lower electrode (9) disposed on the surface of the substrate (1) so as to face the upper electrode (4), and at least a part of the arm portion (7) is made of a conductive material. The shape of the arm portion (7) has a predetermined inductance component, and the resonance frequency determined by the inductance component and the capacitance component matches or approximates the frequency of the signal passing through the signal line (2). Is stipulated.
上記第1のマイクロマシンスイッチにおいて、スイッチオフ時には、上部電極(4)と下部電極(9)の間に静電気力を発生させることにより、アーム部(7)が弾性変形して、信号線(2)に対して作用電極(8)が接近し、信号線(2)と作用電極(8)の間のキャパシタンス成分が増大する。
そして、該キャパシタンス成分には、アーム部(7)によって構成されるインダクタンス成分が直列に接続されることとなり、この結果、信号線(2)に対して、前記インダクタンス成分とキャパシタンス成分からなるLC回路(トラップ回路)を接続した電気状態が実現される。
従って、前記LC回路の共振周波数にて大きな減衰量が得られることとなり、該共振周波数が信号線(2)を流れる信号の周波数に一致する様にアーム部(7)の形状寸法が規定されている構成においては、信号線(2)を流れる信号は大きな減衰を伴って、信号線(2)の通過を阻止されることになる。
In the first micromachine switch, when the switch is off, an electrostatic force is generated between the upper electrode (4) and the lower electrode (9), so that the arm portion (7) is elastically deformed and the signal line (2) , The working electrode (8) approaches and the capacitance component between the signal line (2) and the working electrode (8) increases.
Then, an inductance component constituted by the arm portion (7) is connected in series to the capacitance component, and as a result, an LC circuit comprising the inductance component and the capacitance component with respect to the signal line (2). An electrical state in which the (trap circuit) is connected is realized.
Therefore, a large amount of attenuation can be obtained at the resonance frequency of the LC circuit, and the shape and dimensions of the arm portion (7) are defined so that the resonance frequency matches the frequency of the signal flowing through the signal line (2). In the configuration, the signal flowing through the signal line (2) is prevented from passing through the signal line (2) with great attenuation.
スイッチオン時には、前記静電気力を消失せしめることにより、アーム部(7)が弾性復帰して、信号線(2)から作用電極(8)が離間し、信号線(2)と作用電極(8)の間のキャパシタンス成分が減少する。
この結果、信号線(2)にLC回路を接続した電気状態が解消されて、信号線(2)を流れる信号は殆ど減衰することなく、信号線(2)を通過することになる。
When the switch is turned on, by eliminating the electrostatic force, the arm (7) is elastically restored, the working electrode (8) is separated from the signal line (2), and the signal line (2) and the working electrode (8). The capacitance component between is reduced.
As a result, the electrical state in which the LC circuit is connected to the signal line (2) is canceled, and the signal flowing through the signal line (2) passes through the signal line (2) with almost no attenuation.
又、本発明に係る第2のマイクロマシンスイッチは、基板(1)上を伸びる2本の信号線(2a)(2b)の互いに対向する端部に跨って作用電極(8)を接触させることによって、該2本の信号線(2a)(2b)を互いに接続するものであって、
基板(1)の表面に配備された支持部(5)と、該支持部(5)に突設されて基板(1)の表面から離間した位置を基板(1)に沿って伸びるアーム部(71)と、該アーム部(71)の先端部に設けられた上部電極(41)と、該アーム部(71)の先端部に前記上部電極(41)と近接して設けられた作用電極(81)と、前記基板(1)の表面に前記上部電極(41)と対向して配備された下部電極(91)とを具え、前記2本の信号線(2a)(2b)の端部にそれぞれ電極片(21a)(21a)が突設され、前記アーム部(71)に、両電極片(21a)(21b)に対向して対向電極(82)を設けることにより、作用電極(81)と信号線(2a)(2b)の抵抗成分Rに対して並列に、キャパシタンス成分を形成している。
Further, the second micromachine switch according to the present invention is configured by bringing the working electrode (8) into contact with the opposite ends of the two signal lines (2a) and (2b) extending on the substrate (1). The two signal lines (2a) and (2b) are connected to each other,
A support portion (5) disposed on the surface of the substrate (1), and an arm portion that protrudes from the support portion (5) and extends from the surface of the substrate (1) along the substrate (1) ( 71), an upper electrode (41) provided at the tip of the arm part (71), and a working electrode provided in the vicinity of the upper electrode (41) at the tip of the arm part (71) ( 81) and a lower electrode (91) disposed on the surface of the substrate (1) so as to face the upper electrode (41), and at the ends of the two signal lines (2a) and (2b) Each of the electrode pieces (21a) and (21a) protrudes, and the arm portion (71) is provided with a counter electrode (82) opposite to both electrode pieces (21a) and (21b), thereby providing a working electrode (81). In addition, a capacitance component is formed in parallel with the resistance component R of the signal lines (2a) and (2b).
上記第2のマイクロマシンスイッチにおいて、スイッチオン時には、上部電極(41)と下部電極(9)の間に静電気力を発生させることにより、アーム部(71)が弾性変形して、信号線(2a)(2b)に作用電極(81)が接触し、信号線(2a)(2b)と作用電極(81)の間には接触抵抗が生じる。
又、アーム部(71)の弾性変形に伴って、対向電極(82)が電極片(21a)(21b)に接近して、対向電極(82)と電極片(21a)(21b)の間のキャパシタンス成分が増大することになる。
この結果、信号線(2a)(2b)に対して、前記抵抗に対して前記キャパシタンス成分を並列に接続してなるRC回路が接続された電気状態が実現される。
従って、信号線(2a)(2b)を流れる信号の周波数が低い場合は、前記抵抗によって大きな減衰を伴うが、信号の周波数が一定値を越えて上昇すると、信号線(2a)(2b)を流れる信号は、前記キャパシタンス成分を通過する様になるので、減衰量は減少し、信号線(2a)(2b)を殆ど減衰することなく通過することになる。
In the second micromachine switch, when the switch is turned on, an electrostatic force is generated between the upper electrode (41) and the lower electrode (9), whereby the arm portion (71) is elastically deformed and the signal line (2a) The working electrode (81) comes into contact with (2b), and a contact resistance is generated between the signal lines (2a) (2b) and the working electrode (81).
Further, with the elastic deformation of the arm portion (71), the counter electrode (82) approaches the electrode pieces (21a) (21b), and between the counter electrode (82) and the electrode pieces (21a) (21b). The capacitance component will increase.
As a result, an electrical state is realized in which the RC circuit formed by connecting the capacitance component in parallel to the resistor is connected to the signal lines (2a) and (2b).
Therefore, when the frequency of the signal flowing through the signal lines (2a) and (2b) is low, there is a large attenuation by the resistance, but when the signal frequency rises above a certain value, the signal lines (2a) and (2b) Since the flowing signal passes through the capacitance component, the amount of attenuation decreases and passes through the signal lines (2a) and (2b) with almost no attenuation.
スイッチオフ時には、前記静電気力を消失せしめることにより、アーム部(71)が弾性復帰して、信号線(2a)(2b)から作用電極(81)が離間し、信号線(2a)(2b)が切断され、信号の通過が阻止されることになる。 At the time of switch-off, by eliminating the electrostatic force, the arm part (71) is elastically restored, the working electrode (81) is separated from the signal line (2a) (2b), and the signal line (2a) (2b) Will be cut off and the signal will be blocked.
本発明に係る第1のマイクロマシンスイッチによれば、信号線を流れる信号についてスイッチオフ時には充分に大きな減衰量を得ることが出来、良好な信号遮断特性が得られる。
又、本発明に係る第2のマイクロマシンスイッチによれば、信号線を流れる信号についてスイッチオン時には減衰量を充分に抑制することが出来、良好な信号通過特性が得られる。
According to the first micromachine switch of the present invention, a sufficiently large attenuation can be obtained for the signal flowing through the signal line when the switch is turned off, and a good signal cutoff characteristic can be obtained.
Further, according to the second micromachine switch of the present invention, the attenuation amount of the signal flowing through the signal line can be sufficiently suppressed when the switch is turned on, and a good signal passing characteristic can be obtained.
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
第1実施例
本実施例のマイクロマシンスイッチにおいては、図1(a)、図2、図3及び図4に示す如く、ガラス製の基板(1)の表面に、シリコンにボロンを注入した材料を用いて支持部(5)が形成されており、該支持部(5)は、基板(1)上のグランド電位部に接続されて、接地されている。
該支持部(5)には、基板(1)の表面から離間した位置を伸びるアーム部(7)が、シリコンにボロンを注入した材料を用いて形成され、該アーム部(7)の先端部に導電性部材(6)が連結されている。
尚、アーム部(7)は、後述の如く所定のインダクタンス成分を有する形状寸法に設計されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
First Embodiment In the micromachine switch of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 (a), 2, 3, and 4, a material obtained by injecting boron into silicon on the surface of a glass substrate (1) is used. A support portion (5) is formed using the support portion (5), which is connected to the ground potential portion on the substrate (1) and grounded.
An arm portion (7) extending from the surface of the substrate (1) is formed on the support portion (5) using a material in which boron is injected into silicon, and the tip portion of the arm portion (7) is formed. An electrically conductive member (6) is connected to the base.
The arm portion (7) is designed to have a shape and dimension having a predetermined inductance component as will be described later.
導電性部材(6)の裏面には、アーム部(7)側に上部電極(4)が形成されると共に、導電性部材(6)の先端側に作用電極(8)が形成されている。又、アーム部(7)の先端部と作用電極(8)とは互いに直列に電気接続されている。
一方、基板(1)の表面には、上部電極(4)との対向位置に、下部電極(9)が形成され、該下部電極(9)は絶縁層(62)によって覆われている。又、基板(1)上の信号線(2)は、作用電極(8)との対向領域が絶縁層(61)によって覆われている。
On the back surface of the conductive member (6), an upper electrode (4) is formed on the arm portion (7) side, and a working electrode (8) is formed on the tip side of the conductive member (6). The tip of the arm (7) and the working electrode (8) are electrically connected in series with each other.
On the other hand, a lower electrode (9) is formed on the surface of the substrate (1) at a position facing the upper electrode (4), and the lower electrode (9) is covered with an insulating layer (62). Further, the signal line (2) on the substrate (1) is covered with an insulating layer (61) in a region facing the working electrode (8).
上記本発明のマイクロマシンスイッチにおいて、スイッチオフ時には上部電極(4)と下部電極(9)の間に静電気力を発生させる。これによって、図5、図6及び図7に示す様に、アーム部(7)が弾性変形して、上部電極(4)が下部電極(9)を覆う絶縁層(62)に接触すると共に、作用電極(8)が信号線(2)を覆う絶縁層(61)に接触する。この結果、作用電極(8)と信号線(2)の間のキャパシタンス成分が増大する。 In the micromachine switch of the present invention, an electrostatic force is generated between the upper electrode (4) and the lower electrode (9) when the switch is turned off. As a result, as shown in FIGS. 5, 6, and 7, the arm portion (7) is elastically deformed so that the upper electrode (4) is in contact with the insulating layer (62) covering the lower electrode (9), The working electrode (8) contacts the insulating layer (61) covering the signal line (2). As a result, the capacitance component between the working electrode (8) and the signal line (2) increases.
この状態で、前記キャパシタンス成分には、前記アーム部(7)によって構成されるインダクタンス成分が直列に接続されることとなり、この結果、図1(b)に示す等価回路の如く、信号線(2)に対して、前記インダクタンス成分とキャパシタンス成分からなるLC回路(トラップ回路)を接続した電気状態が実現される。従って、図1(c)に示す様に、前記LC回路の共振周波数にて大きな減衰量が得られることとなる。 In this state, an inductance component constituted by the arm portion (7) is connected in series to the capacitance component. As a result, as shown in an equivalent circuit shown in FIG. ), An electrical state in which an LC circuit (trap circuit) composed of the inductance component and the capacitance component is connected is realized. Accordingly, as shown in FIG. 1C, a large attenuation can be obtained at the resonance frequency of the LC circuit.
ここで、インダクタンス成分を構成すべきアーム部(7)は、前記LC回路の共振周波数が信号線(2)を流れる信号の周波数fに一致する様に形状寸法が規定されている。この結果、信号線(2)を流れる信号は大きな減衰を伴って、信号線(2)の通過を阻止されることになる。 Here, the shape and dimensions of the arm portion (7) that constitutes the inductance component are defined so that the resonance frequency of the LC circuit matches the frequency f of the signal flowing through the signal line (2). As a result, the signal flowing through the signal line (2) is blocked from passing through the signal line (2) with great attenuation.
スイッチオン時には、上部電極(4)と下部電極(9)の間の静電気力を消失せしめる。これによって、図2、図3及び図4に示す如くアーム部(7)が弾性復帰して、信号線(2)から作用電極(8)が離間し、信号線(2)と作用電極(8)の間のキャパシタンス成分が減少する。
この結果、信号線(2)にLC回路を接続した電気状態が解消されて、信号線(2)を流れる信号は殆ど減衰することなく、信号線(2)を通過することになる。
When the switch is turned on, the electrostatic force between the upper electrode (4) and the lower electrode (9) is lost. As a result, as shown in FIGS. 2, 3 and 4, the arm portion (7) is elastically restored, the working electrode (8) is separated from the signal line (2), and the signal line (2) and the working electrode (8) are separated. ) Capacitance component decreases.
As a result, the electrical state in which the LC circuit is connected to the signal line (2) is canceled, and the signal flowing through the signal line (2) passes through the signal line (2) with almost no attenuation.
図9は、本実施例のマイクロマシンスイッチの特性をコンピュータシミュレーションによって調べるためのモデルを表わしている。
該モデルにおいては、図示の如く信号線(2)の両側に、一対の支持部(5)(5)が形成され、両支持部(5)(5)から信号線(2)と平行に左右一対のアーム部(7)(7)が基板(1)から離間した位置を伸びており、両アーム部(7)(7)の先端部には、左右一対の上部電極(4)(4)が形成されている。
各アーム部(7)は、前述の如く所定のインダクタンス成分を発揮することとなる幅W、厚さ及び長さLに形成されている。
FIG. 9 shows a model for examining the characteristics of the micromachine switch of this embodiment by computer simulation.
In the model, a pair of support portions (5) and (5) are formed on both sides of the signal line (2) as shown in the figure, and the left and right sides of the support portions (5) and (5) are parallel to the signal line (2). A pair of arm portions (7) and (7) extend away from the substrate (1), and a pair of left and right upper electrodes (4) and (4) are provided at the distal ends of both arm portions (7) and (7). Is formed.
Each arm portion (7) is formed to have a width W, a thickness, and a length L that will exhibit a predetermined inductance component as described above.
更に両上部電極(4)(4)には、信号線(2)と直交して互いに接近する方向に伸びる左右一対の第2のアーム部(6a)(6a)が形成されている。そして、両アーム部(6a)(6a)の先端部に補強部(3)が連結され、該補強部(3)の裏面側には、作用電極(8)が形成されている。
一方、基板(1)の表面には、左右一対の上部電極(4)(4)と対向して、左右一対の下部電極(9)(9)が形成されている。
Furthermore, a pair of left and right second arm portions (6a) (6a) extending in a direction perpendicular to the signal line (2) and approaching each other is formed on both upper electrodes (4), (4). And the reinforcement part (3) is connected with the front-end | tip part of both arm parts (6a) (6a), and the working electrode (8) is formed in the back surface side of this reinforcement part (3).
On the other hand, a pair of left and right lower electrodes (9) and (9) are formed on the surface of the substrate (1) so as to face the pair of left and right upper electrodes (4) and (4).
上記マイクロマシンスイッチのモデルにおいては、第1のアーム部(7)が第2のアーム部(6a)に対して90度の角度で折れ曲がっているので、該第1アーム部(7)は、その先端部が自由に変位可能な片持ち梁を構成することになる。従って、マイクロマシンスイッチのスイッチオン/オフ動作に関与するバネ定数は小さなものとなる。この結果、スイッチオン状態で第1アーム部(7)に作用する弾性復帰力は小さなものとなり、スイッチオン/オフのための制御電力を大幅に節減することが出来る。 In the above micromachine switch model, the first arm portion (7) is bent at an angle of 90 degrees with respect to the second arm portion (6a). This constitutes a cantilever whose part can be freely displaced. Therefore, the spring constant involved in the on / off operation of the micromachine switch is small. As a result, the elastic restoring force acting on the first arm portion (7) in the switch-on state becomes small, and the control power for switching on / off can be greatly reduced.
上記のモデルを用いたコンピュータシミュレーションにおいては、シリコンによって形成されるアーム部(7)の幅Wを5μm、厚さを5μm、長さLを150μmとした。これによってアーム部(7)のインダクタンスLは略0.06nHとなる。又、信号線(2)は金製であって、厚さを2μm、幅を200μmとした。上部電極(4)は200μm×200μmの大きさとした。作用電極(8)は200μm×50μmの大きさとした。これによって、作用電極(8)と信号線(2)の間のキャパシタンスCは略5pFとなる。
In the computer simulation using the above model, the width W of the
図10は、スイッチオフ時の電磁界シミュレーションの結果を表わし、図11は、回路シミュレーションの結果を表わしている。何れの結果においても、周波数が略8〜9GHzで共振しており、該共振周波数にて大きな減衰量が得られている。
従って、信号線(2)を通過する信号の周波数が上記共振周波数と一致している構成においては、良好なアイソレーション特性が得られることになる。
FIG. 10 shows the result of electromagnetic field simulation when the switch is off, and FIG. 11 shows the result of circuit simulation. In any result, the frequency resonates at about 8 to 9 GHz, and a large attenuation is obtained at the resonance frequency.
Therefore, in a configuration in which the frequency of the signal passing through the signal line (2) matches the resonance frequency, good isolation characteristics can be obtained.
第2実施例
本実施例のマイクロマシンスイッチにおいては、図12(a)、及び図13〜図16に示す如く、ガラス製の基板(1)の表面に、シリコン製の支持部(5)が形成されており、該支持部(5)には、基板(1)の表面から離間した位置を伸びるシリコン製のアーム部(71)が突設され、該アーム部(7)の先端部に絶縁性部材(69)が連結されている。
Second Embodiment In the micromachine switch of the present embodiment, as shown in FIGS. 12A and 13 to 16, a silicon support portion (5) is formed on the surface of a glass substrate (1). The support part (5) is provided with a silicon arm part (71) extending from a position spaced from the surface of the substrate (1), and the tip of the arm part (7) is insulative. The member (69) is connected.
絶縁性部材(69)の裏面には、アーム部(71)側の端部に上部電極(41)が形成され、該上部電極(41)は絶縁層(65)によって覆われている。又、絶縁性部材(69)の裏面には、絶縁性部材(69)の先端側に作用電極(81)が形成されている。更に絶縁性部材(69)の裏面には、上部電極(41)と作用電極(81)の間に、対向電極(82)が形成され、該対向電極(82)は絶縁層(64)によって覆われている。 On the back surface of the insulating member (69), an upper electrode (41) is formed at the end on the arm portion (71) side, and the upper electrode (41) is covered with an insulating layer (65). A working electrode (81) is formed on the back surface of the insulating member (69) on the tip side of the insulating member (69). Furthermore, a counter electrode (82) is formed on the back surface of the insulating member (69) between the upper electrode (41) and the working electrode (81), and the counter electrode (82) is covered with an insulating layer (64). It has been broken.
一方、基板(1)の表面には、上部電極(41)との対向位置に、下部電極(91)が形成されている。
又、基板(1)の表面に形成されている2本の信号線(2a)(2b)の端部にはそれぞれ、上部電極(41)に向けて、2つの電極片(21a)(21a)が突設され、両電極片(21a)(21a)は対向電極(82)の両端部と対向している。
On the other hand, a lower electrode (91) is formed on the surface of the substrate (1) at a position facing the upper electrode (41).
In addition, the two signal lines (2a) (2b) formed on the surface of the substrate (1) have two electrode pieces (21a, 21a) facing the upper electrode (41), respectively. And both electrode pieces (21a) and (21a) are opposed to both ends of the counter electrode (82).
本実施例のマイクロマシンスイッチにおいて、スイッチオン時には、上部電極(41)と下部電極(91)の間に静電気力を発生させる。これによって、アーム部(71)が弾性変形して、信号線(2a)(2b)に作用電極(81)が接触し、信号線(2a)(2b)が導通することになる。但し、信号線(2a)(2b)と作用電極(81)の間には接触抵抗が生じる。
又、アーム部(71)の弾性変形に伴って、対向電極(82)を覆う絶縁層(64)が2つの電極片(21a)(21b)に接触して、対向電極(82)と2つの電極片(21a)(21b)の間のキャパシタンス成分が増大することになる。
この結果、図12(b)に示す等価回路の如く、信号線(2a)(2b)に前記抵抗が介在すると共に該抵抗に対して前記キャパシタンス成分が並列に接続された、RC回路が構成されることになる。
In the micromachine switch of this embodiment, an electrostatic force is generated between the upper electrode (41) and the lower electrode (91) when the switch is turned on. As a result, the arm portion (71) is elastically deformed, the working electrode (81) comes into contact with the signal lines (2a) and (2b), and the signal lines (2a) and (2b) are conducted. However, a contact resistance is generated between the signal lines (2a) (2b) and the working electrode (81).
Further, with the elastic deformation of the arm portion (71), the insulating layer (64) covering the counter electrode (82) comes into contact with the two electrode pieces (21a) (21b), and the counter electrode (82) and the two electrodes The capacitance component between the electrode pieces (21a) and (21b) increases.
As a result, as in the equivalent circuit shown in FIG. 12B, an RC circuit is configured in which the resistor is interposed in the signal lines (2a) and (2b) and the capacitance component is connected in parallel to the resistor. Will be.
図12(c)は、信号線(2a)(2b)に前記のRC回路が接続された構成における周波数特性を示しており、信号線(2a)(2b)を流れる信号の周波数が低い場合は、前記抵抗によってある程度大きな減衰が生じるが、信号の周波数が一定値を越えて上昇すると、前記キャパシタンス成分が優勢となって信号の減衰量が大幅に減少する。
従って、信号線(2a)(2b)を流れる信号は、殆ど減衰することなく信号線(2a)(2b)を通過することになる。
FIG. 12 (c) shows frequency characteristics in the configuration in which the RC circuit is connected to the signal lines (2a) and (2b). When the frequency of the signal flowing through the signal lines (2a) and (2b) is low, The resistance causes a certain amount of attenuation, but when the frequency of the signal rises beyond a certain value, the capacitance component becomes dominant and the attenuation of the signal is greatly reduced.
Therefore, the signal flowing through the signal lines (2a) and (2b) passes through the signal lines (2a) and (2b) with almost no attenuation.
スイッチオフ時には、前記静電気力を消失せしめる。これによって、図13〜図16に示す様にアーム部(71)が弾性復帰して、信号線(2a)(2b)から作用電極(81)が離間し、信号線(2a)(2b)が切断される。この結果、信号線(2a)(2b)を流れる信号が遮断されることになる。 When the switch is turned off, the electrostatic force is lost. As a result, as shown in FIGS. 13 to 16, the arm portion (71) is elastically restored, the working electrode (81) is separated from the signal lines (2a) and (2b), and the signal lines (2a) and (2b) are separated. Disconnected. As a result, the signal flowing through the signal lines (2a) and (2b) is cut off.
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば図1に示す第1実施例のマイクロマシンスイッチにおいて、アーム部(7)の形状としては、帯状、C字状、S字状、渦巻き状等、所望のインダクタンスが得られる種々の形状を採用することが出来る。 In addition, each part structure of this invention is not restricted to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible within the technical scope as described in a claim. For example, in the micromachine switch of the first embodiment shown in FIG. 1, as the shape of the arm portion (7), various shapes such as a belt shape, a C shape, an S shape, a spiral shape, etc. that can obtain a desired inductance are adopted. I can do it.
(1) 基板
(2) 信号線
(2a) 信号線
(2b) 信号線
(21a) 電極片
(21b) 電極片
(4) 上部電極
(41) 上部電極
(5) 支持部
(6) 導電性部材
(69) 絶縁性部材
(7) アーム部
(71) アーム部
(8) 作用電極
(81) 作用電極
(82) 対向電極
(9) 下部電極
(91) 下部電極
(1) Board
(2) Signal line
(2a) Signal line
(2b) Signal line
(21a) Electrode piece
(21b) Electrode piece
(4) Upper electrode
(41) Upper electrode
(5) Support part
(6) Conductive member
(69) Insulating material
(7) Arm part
(71) Arm
(8) Working electrode
(81) Working electrode
(82) Counter electrode
(9) Lower electrode
(91) Lower electrode
Claims (2)
基板(1)の表面に配備され、該基板(1)上のグランド電位部に接続された導電性の支持部(5)と、該支持部(5)に突設されて基板(1)の表面から離間した位置を基板(1)に沿って伸びる導電性のアーム部(7)と、該アーム部(7)の先端部に連結された導電性部材(6)と、該導電性部材(6)の裏面に形成された上部電極(4)と、前記導電性部材(6)の裏面に前記上部電極(4)と近接して設けられた作用電極(8)と、前記基板(1)の表面に前記上部電極(4)と対向して配備された、前記上部電極(4)との間に静電気力を発生させることのできる下部電極(9)とを具え、
前記アーム部(7)は少なくとも一部が所定のインダクタンス成分を有し、
前記静電気力により前記上部電極(4)が前記下部電極(9)に引き寄せられることに伴い、前記作用電極(8)が前記信号線(2)に近づいて前記キャパシタ成分が増大したときに、前記所定のインダクタンス成分と前記増大したキャパシタンス成分とによって決まる共振周波数が信号線(2)を通過する信号の周波数に一致若しくは近似する様、前記アーム部(7)の形状寸法が規定されていることを特徴とするマイクロマシンスイッチ。 By bringing the working electrode (8) closer to the signal line (2) extending on the substrate (1) and increasing the capacitance component between the signal line (2) and the working electrode (8), the signal line In the micromachine switch that cuts off the signal flowing through (2),
A conductive support portion (5) disposed on the surface of the substrate (1) and connected to a ground potential portion on the substrate (1), and a protrusion of the support portion (5) is provided on the substrate (1). A conductive arm portion (7) extending along the substrate (1) at a position separated from the surface, a conductive member (6) connected to the tip of the arm portion (7), and the conductive member ( 6) the upper electrode (4) formed on the back surface , the working electrode (8) provided in close proximity to the upper electrode (4) on the back surface of the conductive member (6), and the substrate (1). A lower electrode (9) disposed on the surface of the upper electrode (4) so as to face the upper electrode (4) and capable of generating an electrostatic force between the upper electrode (4) and
At least a part of the arm portion (7) has a predetermined inductance component,
When the upper electrode (4) is attracted to the lower electrode (9) by the electrostatic force, the working electrode (8) approaches the signal line (2) and the capacitor component increases. The shape dimension of the arm portion (7) is defined so that the resonance frequency determined by a predetermined inductance component and the increased capacitance component matches or approximates the frequency of the signal passing through the signal line (2). Features a micromachine switch.
基板(1)の表面に配備され、該基板(1)上のグランド電位部に接続された導電性の支持部(5)と、該支持部(5)に突設されて基板(1)の表面から離間した位置を基板(1)に沿って伸びる導電性のアーム部(71)と、該アーム部(71)の先端部に連結された導電性部材(6)と、該導電性部材(6)の裏面に形成された上部電極(41)と、前記導電性部材(6)の裏面に前記上部電極(41)と近接して設けられた作用電極(81)と、前記基板(1)の表面に前記上部電極(41)と対向して配備され、前記上部電極(4)との間に静電気力を発生させることのできる下部電極(91)とを具え、
前記静電気力により前記上部電極(4)が前記下部電極(9)に引き寄せられることに伴い、前記作用電極(8)は前記信号線(2a)(2b)の互いに対向する端部に跨って接触し、
前記2本の信号線(2a)(2b)の端部には、それぞれ電極片(21a)(21a)が突設され、前記アーム部(71)に、両電極片(21a)(21b)に対向して対向電極(82)を設けることにより、作用電極(81)と信号線(2a)(2b)の抵抗成分Rに対して並列に、キャパシタンス成分を形成することを特徴とするマイクロマシンスイッチ。 The two signal lines (2a) and (2b) are brought into contact with the working electrode (8) across the opposing ends of the two signal lines (2a) and (2b) extending on the substrate (1). In the micromachine switch for connecting the two to each other, a conductive support portion (5) disposed on the surface of the substrate (1) and connected to the ground potential portion on the substrate (1) , and protruding from the support portion (5) And a conductive arm portion (71) extending along the substrate (1) at a position separated from the surface of the substrate (1), and a conductive member (6) connected to the tip of the arm portion (71 ). An upper electrode (41) formed on the back surface of the conductive member (6), and a working electrode (81) provided on the back surface of the conductive member (6) in the vicinity of the upper electrode (41). And a lower electrode (91) disposed on the surface of the substrate (1) so as to face the upper electrode (41) and capable of generating an electrostatic force between the upper electrode (4) and the lower electrode (91). ,
As the upper electrode (4) is attracted to the lower electrode (9) by the electrostatic force, the working electrode (8) contacts the opposite ends of the signal lines (2a) and (2b). And
Electrode pieces (21a) and (21a) project from the end portions of the two signal lines (2a) and (2b) , respectively, and the arm portions (71) and both electrode pieces (21a and 21b) A micromachine switch characterized in that a capacitance component is formed in parallel with the resistance component R of the working electrode (81) and the signal lines (2a) and (2b) by providing a counter electrode (82) facing each other.
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