JP6575241B2

JP6575241B2 - 圧電型ｍｅｍｓスイッチ及び圧電型ｍｅｍｓスイッチの製造方法

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Publication number: JP6575241B2
Application number: JP2015173145A
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Inventors: 承太郎秋山
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Description

本発明は、圧電型ＭＥＭＳスイッチ及び圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法に関する。

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スイッチ及びその製造方法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、前記接触端子を補強する補強部材と、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補強部材によって補強されていることで、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、前記接触端子は、接触端子本体と、前記接触端子本体における前記信号線に対向した位置に設けられる接点部と、を備え、前記補強部材は、前記接触端子本体において、前記接点部が設けられた側とは逆側に設けられる態様とすることができる。

また、上記の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法は、前記可撓性部材となる可撓性部材層上に、犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層上に前記接触端子となる接触端子層を形成する工程と、前記接触端子層上に前記補強部材となる補強部材層を形成する工程と、前記犠牲層を除去する工程と、を有することを特徴とする。

上記のように、接触端子本体において接点部が設けられた側とは逆側に補強部材を設けることにより、接点部における信号線との接触に緩衝することなく補強部材を設けることができ、接触不良を低減可能とすることができる。

また、前記接触端子は、接触端子本体と、前記接触端子本体における前記信号線に対向した位置に設けられる接点部と、を備え、前記補強部材は、前記接触端子本体において、前記接点部が設けられた側と同じ側に設けられる態様とすることができる。

また、上記の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法は、前記可撓性部材となる可撓性部材層上に、犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層上に前記補強部材となる補強部材層を形成する工程と、前記補強部材層上に前記接触端子となる接触端子層を形成する工程と、前記犠牲層を除去する工程と、を有することを特徴とする。

上記のように、接触端子本体において接点部が設けられた側と同じ側に補強部材を設けることにより、圧電型ＭＥＭＳスイッチを大型化することなく、接触端子を補強することができ、接触不良を低減可能することができる。

また、上記の圧電型ＭＥＭＳスイッチは、前記可撓性部材を補強する第２の補強部材をさらに備える態様とすることができる。

第２の補強部材を備えることにより、可撓性部材自体も補強することができるため、圧電型ＭＥＭＳスイッチの接触不良をさらに低減可能とすることができる。

本発明によれば、接触不良を低減可能な圧電型ＭＥＭＳスイッチ及びその製造方法が提供される。

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。第１補強例の圧電型ＭＥＭＳスイッチに係る第１ビーム及び第２ビームの周辺の拡大図である。第１補強例の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明するフロー図である。第１補強例の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する概略断面図である。第１補強例の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する概略断面図である。第２補強例の圧電型ＭＥＭＳスイッチに係る第１ビーム及び第２ビームの周辺の拡大図である。第２補強例の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明するフロー図である。第２補強例の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する概略断面図である。第３補強例の圧電型ＭＥＭＳスイッチに係る第１ビーム及び第２ビームの周辺の拡大図である。

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（ＣｏｐｌａｎａｒＷａｖｅｇｕｉｄｅ）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駆動素子２１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、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に取り付けられた接触端子１５が補強部材によって補強されていることを特徴とする。接触端子１５が補強されていることで、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。

上述のように、圧電型ＭＥＭＳスイッチ１００における接触端子１５を補強する場合、補強部材は接触端子１５の本体部１５ａにおいて接点部１５ｂと同じ側、又は、接点部１５ｂとは逆側に設けられる。以下補強部材による補強について３つの補強例を参照しながら説明する。

（第１補強例）
図５は、第１補強例に係る第１ビーム１３及び第２ビーム２３の周辺の拡大図である。

図５では、第１ビーム１３及び第２ビーム２３のうち、接触端子１５の近傍のみを拡大している。なお、第１ビーム１３及び第２ビーム２３の駆動のため、第１ビーム１３及び第２ビーム２３の底面であって第１信号線１４及び第２信号線２４の下方に第１駆動素子１１及び第２駆動素子２１が積層される場合があるが、図５では省略している（図６以降でも同様である）。

第１補強例の場合、接触端子１５の上側、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が、補強部材３１によって補強されている。また、第１ビーム１３における第１信号線１４の上方にも補強部材３２（第２の補強部材）が設けられていてもよい。さらに、第２ビーム２３における第２信号線２４の上方にも補強部材３３が設けられていてもよい。

補強部材３１は、接触端子１５の上面の少なくとも一部を覆うように形成される。補強部材３１の厚さは、特に限定されないが、補強部材３１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ことから、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。接触端子１５の上面のうち、接点部１５ｂに対応する部分（接点部１５ｂの上方）に補強部材３１を設けることで、接点部１５ｂが第２信号線２４と接触する際に生じる力を補強部材３１が吸収及び分散させることが可能となる。そして、接触端子１５の上面全面を覆う構成とした場合には、接触端子１５の上面の一部分を覆うよりも、接点部１５ｂが第２信号線２４と接触する際に生じる力を好適に吸収及び分散させることができることから、接触端子１５全体の補強が可能となるため、接触端子１５の強度をより高めることができ、接触不良を低減することができる。さらに、第１ビーム１３側の端部では第１ビーム１３の補強部材３２と連続している構成とすることができる。この場合、補強部材３１により接触端子１５をより強固に支持することができる。

補強部材３２は、第１ビーム１３の補強のために設けられる。また、補強部材３３は、第２ビーム２３の補強のために設けられる。このとき、補強部材３２，３３は、第１信号線１４又は第２信号線２４の上方の一部を覆っていてもよい。また、第１信号線１４又は第２信号線２４が設けられていない領域において、第１ビーム１３又は第２ビーム２３の上面を覆う構成であってもよい。補強部材３２，３３を備えることで、圧電型ＭＥＭＳスイッチにおける接触不良をさらに低減することができる。ただし、第１ビーム１３及び第２ビーム２３は、接触端子１５と比較して十分大きいため、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しやすいため、接触端子１５と比較して変形等が生じる可能性が低い。したがって、補強部材３２，３３を備えていなくてもよい。補強部材３２，３３の厚さは、適宜設定することができる。

補強部材３１〜３３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。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。補強部材３１〜３３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、補強部材３１，３２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、降伏強度が大きいことが好ましい。また、補強部材３３は、第２駆動素子２１を構成する下部電極２１ａ及び上部電極２１ｃよりもヤング率が高いこと、又は、降伏強度が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又は第２駆動素子２１の変形を補強部材が規制することを防止することができる。

次に、図６〜図８を参照しながら、第１補強例に係る接触端子１５を含む圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法について説明する。第１補強例に係る接触端子１５を含む圧電型ＭＥＭＳスイッチは、公知の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法と比較して、補強部材層の形成を行う工程が含まれている点が相違する。したがって、図６〜図８では公知の製造方法については説明を省略し、第１ビーム、第２ビーム及び接触端子を製造する工程について説明する。

図６は、上記の工程を説明するフロー図であり、図７及び図８は、製造工程を説明する模式図である。

まず、基板４１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）。その後、ビーム材層上に信号線用の金属層を形成する（Ｓ０２）。上記の工程は公知の方法により行われる。図７（Ａ）は、信号線用の金属層の形成までを行った図である。図７（Ａ）に示すように、基板上に第１ビーム材層１３ｄ（可撓性部材層）及び第２ビーム材層２３ｄが形成され、その上に第１信号線層１４ｄ、第２信号線層２４ｄが形成される。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。第１ビーム１３及び第２ビーム２３の一端側を自由端とするため、第１ビーム材層１３ｄ及び第２ビーム材層２３ｄと基板４１との間には犠牲層４２が設けられる。また、第１ビーム材層１３ｄ及び第２ビーム材層２３ｄとの間には、第１ビーム１３及び第２ビーム２３とを区切るための犠牲層４３（レジスト）が設けられる。犠牲層４３は、また、第１ビーム材層１３ｄ及び第２ビーム材層２３ｄを形成した後にパターニングによって開口を設けた後に設けられる。

次に、接触端子１５のためのＧＡＰ犠牲層を形成する（Ｓ０３）。図７（Ｂ）に示すように、ＧＡＰ犠牲層４４は、接触端子１５の下側（信号線側）の形状を規定するための層であるが、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、補強部材層３１ｄを形成する（Ｓ０５）。図８（Ａ）は、ＧＡＰ犠牲層４４の上部に接触端子層１５ｄ及び補強部材層３１ｄをこの順に積層した状態を示している。なお、第１ビーム１３又は第２ビーム２３にも補強部材を設ける場合には、補強部材層３１ｄを形成するのと同時に、第１信号線層１４ｄ又は第２信号線層２４ｄの上方に補強部材層を積層する。

その後、犠牲層４２，４３及びＧＡＰ犠牲層４４をエッチングにより除去する（Ｓ０６）。この結果、図８（Ｂ）に示すように、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った第１ビーム１３及び第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の上面を覆う補強部材３１と、を有する圧電型ＭＥＭＳスイッチが製造される。

このように、第１補強例に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチでは、接触端子１５の上方の接点部１５ｂが設けられている側とは逆側が補強部材３１によって補強されている。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が破損することを防止することができる。

（第２補強例）
図９は、第１補強例に係る第１ビーム１３及び第２ビーム２３の周辺の拡大図である。

第２補強例の場合、接触端子１５の下側、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同じ側が補強部材３４によって補強されている。また、第１補強例と同様に第１ビーム１３における第１信号線１４の上方にも補強部材３２が設けられていてもよい。さらに、第２ビーム２３における第２信号線２４の上方にも補強部材３３が設けられていてもよい。

補強部材３４は、接触端子１５の下面のうち、接点部１５ｂ以外の本体部１５ａが露出する領域の少なくとも一部を覆うように形成される。補強部材３４の厚さは、接点部１５ｂよりも薄くされる。これにより、補強部材３４によって接点部１５ｂと第２信号線２４との接触が妨げることのない構成とすることができる。接触端子１５の下面のうち接点部１５ｂ以外の領域（本体部１５ａが露出する領域）を全て覆う構成とした場合には、接触端子１５の下面の一部分を覆うよりも、接点部１５ｂが第２信号線２４と接触する際に生じる力を好適に吸収及び分散させることができることから、接触端子１５全体の補強が可能となるため、接触端子１５の強度をより高めることができ、接触不良を低減することができる。

補強部材３４は、補強部材３１〜３４と同様に、例えばＳｉＮ等のように、第１ビーム１３及び第２ビーム２３と同様の材料を用いることができる。

次に、図１０〜図１１を参照しながら、第２補強例に係る接触端子１５を含む圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法について説明する。第２補強例に係る接触端子１５を含む圧電型ＭＥＭＳスイッチは、接触端子及び補強部材の積層順序が異なる以外は第１補強例に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法と同様である。したがって、共通する部分は説明を省略する。

図１０は、上記の工程を説明するフロー図であり、図１１は、製造工程を説明する模式図である。

まず、基板４１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（Ｓ１１）。その後、ビーム材層上に信号線用の金属層を形成する（Ｓ１２）。その後、接触端子１５及び補強部材３４のためのＧＡＰ犠牲層を形成する（Ｓ１３）。これらの工程は、第１補強例と同様である。ただし、第２補強例では、接触端子１５の下方に補強部材３４が設けられるため、接点部１５ｂと補強部材３４の表面との高さの差は第１補強例と異なる。したがって、ＧＡＰ犠牲層の厚さは接触端子１５及び補強部材３４の形状に応じて適宜調整される。

そして、補強部材層３４ｄを形成した（Ｓ１４）後に、接触端子層１５ｄを形成する（Ｓ１５）。図１１（Ａ）は、ＧＡＰ犠牲層４４の上部に補強部材層３４ｄを積層した状態を示している。なお、第１ビーム１３又は第２ビーム２３にも補強部材を設ける場合には、補強部材層３４ｄを形成するのと同時に、第１信号線層１４ｄ又は第２信号線層２４ｄの上方に補強部材層を積層する。

その後、犠牲層４２，４３及びＧＡＰ犠牲層４４をエッチングにより除去する（Ｓ１６）。この結果、図１１（Ｂ）に示すように、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った第１ビーム１３及び第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の下面を覆う補強部材３４と、を有する圧電型ＭＥＭＳスイッチが製造される。

このように、第２補強例に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチにおいても、接触端子１５の下方の接点部１５ｂが設けられている側が補強部材３４によって補強されている。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が破損することを防止することができる。

また、第２補強例に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチでは、接触端子１５の上方に補強部材を設けることがないため、補強された接触端子１５が大型化することを防ぐことができる。すなわち、圧電型ＭＥＭＳスイッチを大型化することなく、接触端子１５を補強することが可能となる。

（第３補強例）
図１２は、第３補強例に係る第１ビーム１３及び第２ビーム２３の周辺の拡大図である。

第３補強例は、第１補強例と第２補強例とを組み合わせたような構成となっていて、接触端子１５を挟み込むように補強部材３１，３４が設けられている。接触端子１５の上側、すなわち、接点部１５ｂが設けられている側とは逆側は補強部材３１によって補強されている。また、接触端子１５の下側、すなわち、接点部１５ｂが設けられている側が補強部材３４によって補強されている。なお、第１補強例と同様に第１ビーム１３における第１信号線１４の上方にも補強部材３２が設けられていてもよい。さらに、第２ビーム２３における第２信号線２４の上方にも補強部材３３が設けられていてもよい。

図１２に示す第３補強例に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチは、第１補強例及び第２補強例を組み合わせた構成であるので、第１補強例及び第２補強例で示した製造方法を用いて製造することができる。すなわち、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。次に、ビーム材層上に信号線用の金属層を形成する。次に、接触端子１５及び補強部材３４のためのＧＡＰ犠牲層を形成する。その後、補強部材３４となる補強部材層３４ｄ、接触端子１５となる接触端子層１５ｄ及び補強部材３１となる補強部材層３１ｄをこの順に積層した後に、エッチングにより犠牲層及びＧＡＰ犠牲層を除去することで、図１２に示す構成を得ることができる。

このように、第３補強例に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチにおいても、接触端子１５を挟み込むように補強部材３１，３４が設けられている。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が破損することを防止することができる。

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、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。また、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。

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、３１〜３２…補強部材、１００…圧電型ＭＥＭＳスイッチ。

Claims

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、
前記接触端子を補強する補強部材と、
前記可撓性部材を補強する第２の補強部材と、
を備える圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
前記接触端子は、接触端子本体と、前記接触端子本体における前記信号線に対向した位置に設けられる接点部と、を備え、前記補強部材は、前記接触端子本体において、前記接点部が設けられた側とは逆側に設けられる請求項１に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
前記接触端子は、接触端子本体と、前記接触端子本体における前記信号線に対向した位置に設けられる接点部と、を備え、前記補強部材は、前記接触端子本体において、前記接点部が設けられた側と同じ側に設けられる請求項１又は２に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
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、前記接触端子を補強する補強部材と、を備え、前記接触端子は、接触端子本体と、前記接触端子本体における前記信号線に対向した位置に設けられる接点部と、を備え、前記補強部材は、前記接触端子本体において、前記接点部が設けられた側とは逆側に設けられる圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法であって、
前記可撓性部材となる可撓性部材層上に、犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に前記接触端子となる接触端子層を形成する工程と、
前記接触端子層上に前記補強部材となる補強部材層を形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、
を有する圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
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、前記接触端子を補強する補強部材と、を備え、前記接触端子は、接触端子本体と、前記接触端子本体における前記信号線に対向した位置に設けられる接点部と、を備え、前記補強部材は、前記接触端子本体において、前記接点部が設けられた側と同じ側に設けられる圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法であって、
前記可撓性部材となる可撓性部材層上に、犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に前記補強部材となる補強部材層を形成する工程と、
前記補強部材層上に前記接触端子となる接触端子層を形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、
を有する圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法。