JP5437500B2 - 微細液体金属液滴の形状変化を利用したｒｆｍｅｍｓスイッチ - Google Patents

Description

本発明は、ＲＦスイッチに関し、より詳細には、ＲＦ信号の開閉や接続状態を変更する微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチに関する。

ＲＦスイッチは、ＲＦ信号の開閉や接続状態を変更するのに用いられる。例えば、微細加工技術を利用して製作されたＲＦＭＥＭＳ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）スイッチがある。

また、微細加工技術を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチは、機械的な駆動と固体−固体（ｓｏｌｉｄ ｔｏ ｓｏｌｉｄ）接触の限界によって汚染（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）および摩耗（ｗｅａｒ）を発生させ、これにより、微細粒子（ｐａｒｔｉｃｌｅ）を発生させる。微細加工技術を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチは、固体−固体接触を形成するため、実質的な接触面積を極めて小さく形成し、これにより、伝達される信号のパワーを制限してしまう。

このような問題を解決するための多様な方策のうち、一例として、固体−固体接触でない、固体−液体（ｓｏｌｉｄ ｔｏ ｌｉｑｕｉｄ）接触を利用する方式のＲＦＭＥＭＳスイッチが開発されている。例えば、微細液体金属液滴を用いたＲＦＭＥＭＳスイッチがある。

微細液体金属液滴を用いたＲＦＭＥＭＳスイッチは、固体−液体接触による汚染および摩耗のような問題を解決することができ、広い実接触面積を形成して大きい信号のパワーを伝達することができる。

しかし、微細液体金属液滴を用いたＲＦＭＥＭＳスイッチは、微細液体金属液滴の動きを利用してスイッチを開閉させるため、微細液体金属液滴の動きが自由な構造をなしていなければならず、これにより、衝撃と動きに弱い構造を有し、また、微細液体金属液滴全体を動かすため、駆動速度が遅い。

本発明の一実施形態は、作動が速く、衝撃と動きに強い微細液体金属液滴を用いたＲＦＭＥＭＳスイッチを提供することである。

本発明の一実施形態にかかる微細液体金属液滴を用いたＲＦＭＥＭＳスイッチは、信号伝達線を備える第１レイヤ部材と、前記第１レイヤ部材上に配置され、前記信号伝達線に対応して微細液体金属液滴の形状変化を誘導するようにチャンバを形成し、前記チャンバで形状変化する前記微細液体金属液滴を前記信号伝達線に接触／非接触させるように前記チャンバの一側に貫通口を形成する第２レイヤ部材と、前記第２レイヤ部材上に配置され、前記チャンバの開放側を介して前記微細液体金属液滴に形状変化力を提供するように前記チャンバの開放側に備えられる作動部材と、前記作動部材の位置を設定し、前記第１レイヤ部材および前記第２レイヤ部材に結合される第３レイヤ部材とを含む。

前記信号伝達線は、前記微細液体金属液滴との接触時にＲＦ信号を伝達するＤＣ接触タイプと、前記微細液体金属液滴との非接触時にＲＦ信号を伝達するキャパシタタイプとのうちの１つで形成できる。

前記チャンバは、前記第２レイヤ部材の上部から前記貫通口を連結する傾斜面で連結し、上部から下部へ行きながら狭くなる空間として設定できる。

前記傾斜面は、表面改質処理できる。

前記作動部材は、前記チャンバに内蔵される前記微細液体金属液滴に圧力を作用させるように前記第２レイヤ部材と前記第３レイヤ部材との間に提供される流動膜で形成できる。

前記第３レイヤ部材は、ポンプから供給される空圧を前記流動膜に作用させるように前記チャンバに対応して装着される気密端子を含むことができる。

前記チャンバ、前記微細液体金属液滴、および前記作動部材は、同一の中心線上で上下方向に配置できる。

前記チャンバは、前記第２レイヤ部材の上部に形成される第１空間と、前記第１空間から前記貫通口を連結し、前記第１空間より小さく前記第２レイヤ部材の下部に形成される第２空間とを含むことができる。

前記第１空間は、前記第２レイヤ部材の上面に対して垂直方向に設定される内壁と、前記内壁と直交する底によって設定できる。

前記第２空間は、前記底で広く設定され、前記貫通口へ行きながら次第に狭くなるように設定できる。

前記第１空間および前記第２空間は、表面改質処理できる。

前記作動部材は、前記チャンバに内蔵される前記微細液体金属液滴に静電気力を作用／非作用させるように前記チャンバ上に互いに向き合って配置され、高電圧に連結される高電圧電極と接地される接地電極とを含むことができる。

前記接地電極は、円板の中央に形成される第１パターン部と、前記第１パターン部から半径方向に切開される第２パターン部とを含み、前記高電圧電極は、前記第１パターン部に配置される中心部と、前記中心部から前記第２パターン部に沿って引き出される引出部とを含むことができる。

本発明の一実施形態にかかる微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチは、前記作動部材と前記第２レイヤ部材との間に提供され、前記チャンバの開放側を密閉する絶縁層をさらに含むことができる。

このように、本発明の一実施形態は、微細液体金属液滴をチャンバに収容して作動部材で形状変化力を作用させ、信号伝達線に非接触／接触させて信号を伝達および遮断するため、従来技術に比べて、微細液体金属液滴の作動が速く、衝撃や動きに強い効果を有することができる。

本発明の一実施形態は、作動部材の多様な構成により微細液体金属液滴の形状を変化させる駆動を多様に実現することができ、高電圧電極と接地電極を用いずに、流動膜と空圧を用いる場合、電磁波（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ）干渉に伴う問題から自由となり得る。これにより、より多様な分野に適用可能である。

本発明の第１実施形態にかかる微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチの分解斜視図である。 図１のＲＦＭＥＭＳスイッチにおいて、微細液体金属液滴に空圧が作用しないか負圧が作用して微細液体金属液滴が形状変化しない状態の断面図である。 図１のＲＦＭＥＭＳスイッチにおいて、微細液体金属液滴に正圧が作用して微細液体金属液滴が形状変化した状態の断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチの分解斜視図である。 図４のＲＦＭＥＭＳスイッチにおいて、電極に電圧が印加されない状態の平面図である。 図５において微細液体金属液滴が形状変化しない信号遮断状態の断面図である。 図４のＲＦＭＥＭＳスイッチにおいて、電極に電圧が印加された状態の平面図である。 図７において微細液体金属液滴が形状変化した信号伝達状態の断面図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は、種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付した。

図１は、本発明の第１実施形態にかかる微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチの分解斜視図である。図１を参照すれば、第１実施形態の微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチ（以下、便宜上、「ＲＦＭＥＭＳスイッチ」という）４は、第１レイヤ部材１０と、第２レイヤ部材１２０と、作動部材１４０と、第３レイヤ部材１３０とを含んで形成される。

ＲＦＭＥＭＳスイッチ４は、基本的に、微細液体金属液滴（便宜上、「液滴」という）を使用するため、固体−液体接触で有し得る利点がある。そして、ＲＦＭＥＭＳスイッチ４は、設定された一箇所で微細液体金属液滴の形状変化を利用してスイッチを開閉させるため、液滴自体を移動させる従来技術と比較する時、装備へ設置時、相対的に安定した構造を形成し、衝撃や動きに強く、作動が速くなり得る。

再度図１を参照すれば、ＲＦＭＥＭＳスイッチ４は、液滴Ｄを用いて、第１レイヤ部材１０に形成された信号伝達線１１に沿って伝達される信号の開閉と接続を制御するように形成される。信号伝達線１１は、液滴Ｄとの接触時にＲＦ信号を伝達するように連結形成されるキャパシタタイプ（図１参照）と、液滴Ｄとの非接触時にＲＦ信号を伝達するように分離形成されるＤＣ接触タイプ（図示せず）とを含む。

第１レイヤ部材１０は、ＲＦＭＥＭＳスイッチ４の下部を形成し、上方表面に信号伝達線１１を備える。一例として、第１レイヤ部材１０は、ガラス基板で形成され、信号伝達線１１は、第１レイヤ部材１０上にＣｒ／Ｎｉをパターニングして形成できる。

第２レイヤ部材１２０は、第１レイヤ部材１０上に配置され、信号伝達線１１に対応してチャンバ１２１を形成し、チャンバ１２１の信号伝達線１１側に貫通口２２を形成する。チャンバ１２１は、液滴Ｄを収容して液滴Ｄの形状変化を大きく誘導するように形成される。一例として、第２レイヤ部材１２０は、Ｓｉ基板で形成され、チャンバ１２１は、基板微細加工（ｂｕｌｋ ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）で形成できる。

例えば、チャンバ１２１は、第２レイヤ部材１２０の上部から貫通口２２を連結する傾斜面で連結し、上部から下部へ行きながら次第に狭くなる空間として設定される。したがって、液滴Ｄは、チャンバ１２１に収容されて下に形状変形し、信号伝達線１１と容易に接触または非接触できる。

また、チャンバ１２１は、液滴Ｄが信号伝達線１１に接触して落下する時、円滑化のために、表面、つまり、傾斜面を改質処理することができる。表面が改質処理されたチャンバ１２１は、液滴Ｄを円滑に動かして形状変化できるようにし、液滴Ｄと信号伝達線１１との接触および分離を容易に誘導する。

図２は、図１のＲＦＭＥＭＳスイッチにおいて、微細液体金属液滴に空圧が作用しないか負圧が作用して微細液体金属液滴が形状変化しない状態の断面図であり、図３は、図１のＲＦＭＥＭＳスイッチにおいて、微細液体金属液滴に正圧が作用して微細液体金属液滴が形状変化した状態の断面図である。

作動部材１４０は、空圧が作用する流動膜で形成され、第２レイヤ部材１２０上に配置され、チャンバ１２１の開放側に備えられ、チャンバ１２１の開放側を介して液滴Ｄに形状変化力を提供するように形成される。

作動部材１４０、つまり、流動膜は、チャンバ２１に内蔵される液滴Ｄに圧力を作用させるように第２レイヤ部材１２０と第３レイヤ部材１３０との間に提供される。そして、第３レイヤ部材１３０は、ポンプＰから供給される空圧を作動部材１４０に作用させるようにチャンバ１２１に対応して装着される気密端子３１を含む。気密端子３１は、ポンプＰから作動部材１４０に空圧が供給される時、作動部材１４０と第３レイヤ部材１３０の周囲で気密構造を形成する。この時、チャンバ１２１は、作動部材１４０が変形する空間をさらに提供したりもする。

図２を参照すれば、ポンプＰからの空圧が作用しないか負圧が作用する状態である。したがって、液滴Ｄは、負圧および作動部材１４０による力を受けなくなり、第１レイヤ部材１０に形成される信号伝達線１１に接触しない分離状態を維持し、信号がオンの状態を維持する。

図３を参照すれば、ポンプＰからの正圧が作用する状態である。したがって、液滴Ｄは、正圧および作動部材１４０による力を受けるようになり、第１レイヤ部材１０に形成される信号伝達線１１に接触し、信号がオフの状態を維持する。

第１実施形態は、作動部材１４０、つまり、流動膜の最初の状態と流動膜に作用する空圧（＋、−圧力）により信号伝達の開閉を調整することができる。

第１実施形態は、空圧で液滴Ｄを駆動するのに対し、以下で説明される第２実施形態は、静電気力で液滴Ｄを駆動するように構成される。

図４は、本発明の第２実施形態にかかる微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチの分解斜視図である。図４を参照すれば、第２実施形態のＲＦＭＥＭＳスイッチ２は、第１レイヤ部材１０と、第２レイヤ部材２０と、作動部材４０と、第３レイヤ部材３０とを含んで形成される。第２実施形態では、第１実施形態と類似または同一の部分に関する説明を省略し、互いに異なる部分について説明する。

第２レイヤ部材２０において、チャンバ２１は、２段構造、例えば、第２レイヤ部材２０の上部に形成される第１空間２１１と、第２レイヤ部材２０の下部に形成される第２空間２１２とを含む。第２空間２１２は、第１空間２１１から貫通口２２を連結し、第１空間２１１より小さく形成される。したがって、液滴Ｄは、第１空間２１１に収容されてから第２空間２１２に形状変形し、この時、大きな第１空間２１１で形状変化が小さくても、小さな第２空間２１２で形状変化が大きく起こり、信号伝達線１１と容易に接触または非接触できる。

より具体的に説明すると、第１空間２１１は、第２レイヤ部材２０の上面に対して垂直方向に設定される内壁２１３と、この内壁２１３に直交する底２１４とに設定される。第２空間２１２は、底２１４で広く設定され、貫通口２２へ行きながら次第に狭くなるように設定される。

また、第１および第２空間２１１、２１２は、液滴Ｄが信号伝達線１１に接触して落下する時、円滑化のために、表面、つまり、内壁２１３と底２１４および貫通口２２の表面を改質処理することができる。表面が改質処理された第１空間２１１は、内壁２１３と底２１４上で液滴Ｄを円滑に動かして形状変化できるようにし、表面が改質処理された第２空間２１２は、液滴Ｄの形状変化時に液滴Ｄの上下移動を円滑にし、液滴Ｄと信号伝達線１１との接触および分離を容易に誘導する。

作動部材４０は、第２レイヤ部材２０上に配置され、チャンバ２１の開放側に備えられ、チャンバ２１の開放側を介して液滴Ｄに形状変化力を提供するように形成される。

例えば、作動部材４０は、チャンバ２１に内蔵される液滴Ｄに静電気力を作用／非作用させる高電圧電極４１と接地電極４２とで形成できる。一例として、作動部材４０、つまり、高電圧電極４１と接地電極４２は、第３レイヤ部材３０にＣｒ／Ｎｉを蒸着およびパターニングして形成できる。

高電圧電極４１と接地電極４２は、チャンバ２１上に互いに向き合って配置され、印加される高電圧によって液滴Ｄの形状を変化させ、液滴Ｄを信号伝達線１１に接触または非接触させることができる。

図５は、図４のＲＦＭＥＭＳスイッチにおいて、電極に電圧が印加されない状態の平面図であり、図６は、図５において微細液体金属液滴が形状変化しない信号遮断状態の断面図であり、図７は、図４のＲＦＭＥＭＳスイッチにおいて、電極に電圧が印加された状態の平面図であり、図８は、図７において微細液体金属液滴が形状変化した信号伝達状態の断面図である。

図５ないし図８を参照すれば、接地電極４２は、円板の中央に形成される第１パターン部４２１と、第１パターン部４２１から半径方向に切開される第２パターン部４２２とを含んで形成される。高電圧電極４１は、第１パターン部４２１に配置される中心部４１１と、中心部４１１から第２パターン部４２２に沿って引き出される引出部４１２とを含む。この時、高電圧電極４１と接地電極４２は、間隔Ｃを形成して互いに離隔する。つまり、接地電極４２の第１パターン部４２１と第２パターン部４２２が高電圧電極４１の中心部４１１と引出部４１２の各々と互いに離隔する。

このように、作動部材４０が高電圧電極４１と接地電極４２とで形成される場合、作動部材４０と第２レイヤ部材２０との間に絶縁層５０が提供される。絶縁層５０は、チャンバ２１の開放側を密閉しながら、高電圧電極４１と接地電極４２が液滴Ｄに直接接触するのを防止する。

第３レイヤ部材３０は、第２レイヤ部材２０上で作動部材４０の位置を設定し、ＲＦＭＥＭＳスイッチ２の上部を形成する。一例として、第３レイヤ部材３０は、ガラスで形成できる。つまり、第３レイヤ部材３０は、第２レイヤ部材２０と向き合う表面に作動部材４０を備え、第１および第２レイヤ部材１０、２０と結合され、ＲＦＭＥＭＳスイッチ２を形成する。

以下、ＲＦＭＥＭＳスイッチ２の作動について説明し、キャパシタタイプの信号伝達線１１を例として説明する。図５および図６を参照すれば、高電圧電極４１に高電圧が印加されない状態である。つまり、高電圧電極４１と接地電極４２との間に電圧差がないため、静電場が形成されない。したがって、液滴Ｄは、静電気力による力を受けなくなり、液滴Ｄは、第１レイヤ部材１０に形成される信号伝達線１１に接触する。したがって、キャパシタタイプの信号伝達線１１は信号を遮断する。

図７および図８を参照すれば、高電圧電極４１に高電圧が印加された状態である。つまり、高電圧電極４１と接地電極４２との間に、電圧差によって静電場が形成される。したがって、液滴Ｄは、静電気力による力を受けて形状変化し、第１レイヤ部材１０に形成される信号伝達線１１に接触しなくなる。したがって、キャパシタタイプの信号伝達線１１は信号を伝達する。高電圧電極４１と接地電極４２との間に印加される電圧差を調整することにより、信号伝達線１１と液滴Ｄが離隔した距離を調整することができる。

第２実施形態のように、信号伝達線１１、チャンバ２１、液滴Ｄ、および作動部材４０は、同一の中心線上で上下方向に配置され、液滴Ｄの形状を変化させ、液滴と信号伝達線１１とを接触または非接触させるため、液滴の作動が速く、また、液滴を駆動する電圧を低下させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。

２ ＲＦＭＥＭＳスイッチ
４ ＲＦＭＥＭＳスイッチ
１０ 第１レイヤ部材
１１ 信号伝達線
２０ 第２レイヤ部材
２１ チャンバ
２２ 貫通口
３０ 第３レイヤ部材
３１ 気密端子
４０ 作動部材
４１ 高電圧電極
４２ 接地電極
５０ 絶縁層
１２０ 第２レイヤ部材
１２１ チャンバ
１３０ 第３レイヤ部材
１４０ 作動部材
２１１ 第１空間
２１２ 第２空間
２１３ 内壁
２１４ 底
４１１ 中心部
４１２ 引出部
４２１ 第１パターン部
４２２ 第２パターン部
Ｄ 液滴
Ｐ ポンプ

Claims (14)

1. 信号伝達線を備える第１レイヤ部材と、
   前記第１レイヤ部材上に配置され、前記信号伝達線に対応して微細液体金属液滴の形状変化を誘導するようにチャンバを形成し、前記チャンバで形状変化する前記微細液体金属液滴を前記信号伝達線に接触／非接触させるように前記チャンバの一側に貫通口を形成する第２レイヤ部材と、
   前記第２レイヤ部材上に配置され、前記チャンバの開放側を介して前記微細液体金属液滴に形状変化力を提供するように前記チャンバの開放側に備えられる作動部材と、
   前記作動部材の位置を設定し、前記第１レイヤ部材および前記第２レイヤ部材に結合される第３レイヤ部材とを含むことを特徴とする、微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチ。
2. 前記信号伝達線は、
   前記微細液体金属液滴との接触時にＲＦ信号を伝達するＤＣ接触タイプと、
   前記微細液体金属液滴との非接触時にＲＦ信号を伝達するキャパシタタイプとのうちの１つで形成されることを特徴とする、請求項１に記載の微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチ。
3. 前記チャンバは、
   前記第２レイヤ部材の上部から前記貫通口を連結する傾斜面で連結し、上部から下部へ行きながら狭くなる空間として設定されることを特徴とする、請求項１に記載の微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチ。
4. 前記傾斜面は、表面改質処理されることを特徴とする、請求項３に記載の微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチ。
5. 前記作動部材は、
   前記チャンバに内蔵される前記微細液体金属液滴に圧力を作用させるように前記第２レイヤ部材と前記第３レイヤ部材との間に提供される流動膜で形成されることを特徴とする、請求項１に記載の微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチ。
6. 前記第３レイヤ部材は、
   ポンプから供給される空圧を前記流動膜に作用させるように前記チャンバに対応して装着される気密端子を含むことを特徴とする、請求項５に記載の微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチ。
7. 前記チャンバ、前記微細液体金属液滴、および前記作動部材は、
   同一の中心線上で上下方向に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチ。
8. 前記チャンバは、
   前記第２レイヤ部材の上部に形成される第１空間と、
   前記第１空間から前記貫通口を連結し、前記第１空間より小さく前記第２レイヤ部材の下部に形成される第２空間とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチ。
9. 前記第１空間は、
   前記第２レイヤ部材の上面に対して垂直方向に設定される内壁と、
   前記内壁と直交する底によって設定されることを特徴とする、請求項８に記載の微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチ。
10. 前記第２空間は、
    前記底で広く設定され、前記貫通口へ行きながら次第に狭くなるように設定されることを特徴とする、請求項９に記載の微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチ。
11. 前記第１空間および前記第２空間は、表面改質処理されることを特徴とする、請求項８に記載の微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチ。
12. 前記作動部材は、
    前記チャンバに内蔵される前記微細液体金属液滴に静電気力を作用／非作用させるように前記チャンバ上に互いに向き合って配置され、高電圧に連結される高電圧電極と接地される接地電極とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチ。
13. 前記接地電極は、円板の中央に形成される第１パターン部と、前記第１パターン部から半径方向に切開される第２パターン部とを含み、
    前記高電圧電極は、前記第１パターン部に配置される中心部と、前記中心部から前記第２パターン部に沿って引き出される引出部とを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチ。
14. 前記作動部材と前記第２レイヤ部材との間に提供され、前記チャンバの開放側を密閉する絶縁層をさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の微細液体金属液滴の形状変化を利用したＲＦＭＥＭＳスイッチ。

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