KR20040062626A - 스위치 - Google Patents

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KR20040062626A
KR20040062626A KR10-2004-7007111A KR20047007111A KR20040062626A KR 20040062626 A KR20040062626 A KR 20040062626A KR 20047007111 A KR20047007111 A KR 20047007111A KR 20040062626 A KR20040062626 A KR 20040062626A
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나카니시요시토
나카무라구니히코
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

한층 더 낮은 직류 전위로 고속으로 응답할 수 있고, 또, 아이솔레이션이 우수한 스위치. 본 스위치에 있어서, 미소한 구조체(102a, 102b, 102c)로 구성되는 미소 구조체군(103)을 이용하여, 각 구조체(102a, 102b, 102c)를 약간 이동시키는 것에 의해, 군(群)으로서는 큰 이동량을 얻을 수 있다. 또한, 이에 따라, 각각의 미소 구조체(102a, 102b, 102c)의 제어 전극(106a, 106b, 107a, 107b, 108a, 108b, 109a, 109b)에 인가하는 직류 전위를 작게 할 수 있다. 이렇게 하여, 고속으로 응답할 수 있고, 또한 아이솔레이션이 우수한 스위치(100)로서, 작은 직류 전압으로 동작하는 스위치(100)를 실현할 수 있다.

Description

스위치{SWITCH}
종래, 크기가 수 백 ㎛정도의 미세한 스위치로서, 「IEEE Microwave and Wireless Components letters, 2001년 8월, No 8, Vol.11, 334 페이지」에 기재되어 있는 것이 알려져 있다.
도 1은 상기 문헌에 기재된 종래의 스위치(10)의 구성을 도시하는 단면도이며, 도 2는 종래의 스위치(10)의 평면도이다. 도 1은 도 2의 A-A´선을 단면으로 취해 나타내는 단면도이다. 이 스위치(10)는 멤브레인(Switch Membrane) 상에, 고주파 신호가 전달되는 신호 라인(11)을 형성하고, 당해 신호 라인(11)의 바로 아래에 제어 전극(12)을 마련하고 있다.
제어 전극(12)에 직류 전위를 인가하면, 멤브레인이 제어 전극(12)측에 정전 인력에 의해 붙어져, 휘고, 기판(13) 상에 형성되어 있는 접지 전극(Ground Metal)(14)과 접촉함으로써, 멤브레인에 형성되어 있는 신호 라인(11)은 단락 상태로 되어, 신호 라인(11)을 흐르는 신호는 감쇠되어 차단된다.
이에 반하여, 제어 전극(12)에 직류 전위를 인가하지 않으면, 멤브레인은 휘지 않고, 당해 멤브레인 상의 신호 라인(11)을 흐르는 신호는 접지 전극(14)으로부터 손실되는 일 없이 스위치(10)를 통과한다.
그러나, 종래의 스위치(10)에 있어서는, 멤브레인을 제어 전극(12)측으로 붙이기 위해서 필요로 되는 직류 전위의 전압은 약 30V 이상으로 되어, 이와 같은 고전압을 필요로 하는 스위치(10)를 이동체 무선 단말에 장착하기 어렵다고 하는 문제를 갖고 있었다.
또한, 멤브레인을 제어 전극(12)에 붙여서 신호를 차단할 때의 신호 라인(11)의 임피던스는 단락 상태로 됨으로써, 고주파 신호가 흐르는 경우에는 반사가 발생하기 때문에, 순환기(circulator) 등의 부품이 필요하게 된다고 하는 문제를 갖고 있었다.
발명의 개시
본 발명의 목적은, 한층 더 낮은 직류 전위로 고속으로 응답할 수 있고, 또, 아이솔레이션이 우수한 스위치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 스위치는, 표면에 복수의 표면 전극을 갖는 가동체(可動體)와, 상기 가동체의 일부에 마련된 제 1 단자와, 상기 가동체의 일부에 마련된 상기 제 1 단자와의 사이를 도통하는 신호를 소정의 외부 단자에 출력시키는 제 2 단자를 구비하되, 상기 복수의 표면 전극 간에 발생하는 정전 인력에 의해 상기 가동체를 변형시킴으로써, 상기 제 2 단자와 상기 소정의 외부 단자 사이의상기 신호의 통과 및 차단을 전환하는 구성을 채용한다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 스위치는, 표면에 복수의 표면 전극을 갖고, 임의의 방향으로 이동 가능한 복수의 구조체와, 입력 신호를 상기 구조체 사이에서 전달하고 또한 각 상기 구조체 상의 상기 표면 전극이 적어도 2세트 이상 대향하도록 상기 각 구조체를 연결시키는 보(梁)와, 상기 각 표면 전극에 제어 신호를 전달하기 위해 제어 신호선과, 각 상기 구조체가 연결되어 이루어지는 구조체군의 일단측의 구조체에 마련되고, 상기 입력 신호를 상기 일단측의 구조체에 입력시키고, 또한, 상기 일단측의 구조체를 기판에 고정하는 입력 단자와, 상기 구조체군의 타단측의 구조체에 마련되고, 소정의 외부 단자에 상기 입력 신호를 출력시키는 출력 단자를 구비하며, 각 상기 구조체 사이에서 대향하는 상기 표면 전극에 정전 인력을 발생시켜, 각 상기 표면 전극 간의 상대 거리를 변화시키는 것에 의해, 상기 구조체군의 상기 타단측을 각 상기 표면 전극 간의 상대 거리의 변화보다도 큰 거리만큼 변위시키고, 상기 구조체의 출력 단자와 상기 소정의 단자 사이의 전기적 결합도를 변화시킴으로써, 상기 출력 단자와 상기 소정의 외부 단자 사이의 상기 입력 신호의 통과 및 차단을 전환하는 구성을 채용한다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 스위치는, 기판 상에 마련된 양팔보와, 상기 양팔보의 바로 아래에 마련된 고정측 전극과, 상기 양팔보의 상기 기판측의 면에 마련된 가동측 전극과, 상기 양팔보의 상기 가동측 전극이 마련된 면에 대하여 반대측의 면에 복수개 마련된 표면 전극을 구비하며, 상기 고정측 전극과 상기 가동측 전극 사이에 정전 인력을 발생시키고, 또한, 상기 복수의 표면 전극 간에정전 인력을 발생시키는 것에 의해, 상기 양팔보를 휘게 하여, 상기 양팔보와 상기 기판 사이의 전기적 결합도를 변화시킴으로써, 상기 양팔보와 상기 기판 사이의 신호의 통과 및 차단을 전환하는 구성을 채용한다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 스위치는, 기판 상에 마련된 외팔보와, 상기 외팔보의 바로 아래에 마련된 고정측 전극과, 상기 외팔보의 상기 기판측의 면에 마련된 가동측 전극과, 상기 외팔보의 상기 가동측 전극이 마련된 면에 대하여 반대측의 면에 복수개 마련된 표면 전극을 구비하며, 상기 고정측 전극과 상기 가동측 전극 사이에 정전 인력을 발생시키는 것에 의해, 상기 외팔보를 휘게 하여 상기 기판에 전기적으로 결합시키고, 또한, 상기 복수의 표면 전극 간에 정전 인력을 발생시키는 것에 의해, 상기 외팔보에 대하여, 상기 기판으로부터 떨어지는 방향으로 압축 응력을 발생시켜, 상기 외팔보와 상기 기판의 전기적 결합의 차단을 실행하는 구성을 채용한다.
본 발명은 무선 통신 회로 등에 사용되는 스위치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 스위치의 구성을 도시하는 단면도,
도 2는 종래의 스위치의 구성을 도시하는 평면도,
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 스위치의 구성을 도시하는 평면도,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 스위치의 구성을 도시하는 평면도,
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 스위치의 구성을 도시하는 평면도,
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 스위치의 구성을 도시하는 평면도,
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 스위치의 구성을 도시하는 부분 평면도,
도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 스위치의 변형예를 나타내는 평면도,
도 9는 본 발명의 실시예 1에 따른 스위치의 변형예를 나타내는 평면도,
도 10은 본 발명의 실시예 1에 따른 스위치의 변형예를 나타내는 평면도,
도 11은 본 발명의 실시예 1에 따른 스위치의 변형예의 동작 원리를 나타내는 개략도,
도 12는 본 발명의 실시예 2에 따른 스위치의 구성을 도시하는 사시도,
도 13은 본 발명의 실시예 2에 따른 스위치의 미소 구조체를 도시하는 사시도,
도 14는 본 발명의 실시예 2에 따른 스위치의 구성을 도시하는 평면도,
도 15는 본 발명의 실시예 2에 따른 스위치의 구성을 도시하는 측면도,
도 16은 본 발명의 실시예 3에 따른 스위치의 구성을 도시하는 측면도,
도 17은 본 발명의 실시예 4에 따른 스위치의 구성을 도시하는 측면도,
도 18은 본 발명의 실시예 4에 따른 스위치의 구성을 도시하는 평면도,
도 19는 본 발명의 실시예 4에 따른 스위치의 구성을 도시하는 측면도,
도 20은 본 발명의 실시예 5에 따른 스위치의 구성을 도시하는 측면도,
도 21은 본 발명의 실시예 5에 따른 스위치의 변형예의 구성을 도시하는 측면도.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시예에 대해서, 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
(실시예 1)
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 스위치의 구성을 도시하는 평면도이다. 도 3에 도시하는 스위치(100)는 복수의 미소 구조체(102a, 102b 및 102c)에 의해 미소 구조체군(103)이 구성되고, 기판 위를 평면 방향으로 이동하는 SPDT 스위치를 구성하고 있다. 이 스위치(100)는 반도체의 집적 회로 상에 당해 집적 회로와 동일한 프로세스로 형성되어 있는 것이며, 무선 통신 장치의 송신 회로, 수신 회로, 송수신 전환 회로, 또는 그 외의 여러 가지 장치의 회로에 이용되는 것이다.
각 미소 구조체(102a, 102b 및 102c)로서는 각각, 단단하게 표면에 전극을 형성하는 것이 가능한 폴리실리콘 등이 이용되고, 실리콘의 표면에 절연막을 형성한 것이 사용된다. 단, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 폴리이미드 등의 고분자계 재료 또는 저온 프로세스가 가능한 실리콘계(SiGe, SiGeC) 등을 이용하도록 하여도 무방하다. 이와 같은 재료에 의해 형성된 각 미소 구조체(102a, 102b 및 102c)는 결합 보(104a 및 104b)에 의해 직렬로 결합되어 있다. 이들 직렬로 결합된 복수의 미소 구조체(102a, 102b 및 102c) 중 일단측의 미소 구조체(102a)는 기판측에 마련된 기판측 입력부(105)에 결합되어 있다.
또한, 이 일단측의 미소 구조체(102a)에 대하여 결합 보(104a)를 거쳐서 결합된 미소 구조체(102b)는 미소 구조체(102a)와의 사이의 결합 보(104a)를 지점으로 하여 기판 위를 이동 자유롭게 되어 있다.
또한, 미소 구조체(102b)에 대하여 결합 보(104b)를 거쳐서 결합된 타단측의 미소 구조체(102c)는 미소 구조체(102b)와의 사이의 결합 보(104b)를 지점으로 하여 기판 위를 이동 자유롭게 되어 있다.
따라서, 결합 보(104a 및 104b)에 의해 결합된 복수의 미소 구조체(102a, 102b 및 102c)는 기판측 입력부(105)에 결합된 일단측의 미소 구조체(102a)를 지점으로 하여, 타단측의 미소 구조체(102c)가 기판 위를 그 평면 방향으로 전두(轉頭) 동작이 가능하게 되어 있다.
각 미소 구조체(102a, 102b 및 102c)의 길이는 100㎛ 정도로 되어 있고, 복수의 미소 구조체(102a, 102b 및 102c)를 직렬로 연결한 미소 구조체군(103)의 전체로서의 길이는 500㎛ 정도 이하로 되도록 형성되어 있다. 이러한 크기로 하는 것에 의해, 지나치게 큰 것에 의한 신호 손실의 증대를 회피할 수 있고, 또한, 지나치게 작은 것에 의한 이동량의 감소를 회피해서 충분한 아이솔레이션을 확보할 수 있다.
이와 관련하여, 본 실시예 1의 경우, 3개의 미소 구조체(102a, 102b 및 102c)에 의해 가동체로서의 미소 구조체군(103)을 구성하는 경우에 대해서 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다른 여러 가지를 적용할 수 있다.
미소 구조체(102a)의 미소 구조체(102b)에 대향하는 부분에는 평면으로 구성된 단부가 형성되고, 이 단부에 표면 전극(106a 및 106b)이 마련되어 있다. 또한,미소 구조체(102b)의 미소 구조체(102a)에 대향하는 부분에는 곡면으로 구성된 단부가 형성되고, 이 단부에 표면 전극(107a 및 107b)이 마련되어 있다.
또한, 마찬가지로 하여, 미소 구조체(102b)의 미소 구조체(102c)에 대향하는 부분에는 평면으로 구성된 단부가 형성되고, 이 단부에 표면 전극(108a 및 108b)이 마련되어 있다. 또한, 미소 구조체(102c)의 미소 구조체(102b)에 대향하는 부분에는 곡면으로 구성된 단부가 형성되고, 이 단부에 표면 전극(109a 및 109b)이 마련되어 있다.
각 표면 전극(106a, 106b, 107a, 107b, 108a, 108b, 109a 및 109b)에는, 각각 도시되지 않은 배선 패턴에 의해 제어부(110)로부터 소정의 제어 신호선(도시하지 않음)을 거쳐서 직류 전위가 인가되도록 되어 있다. 따라서, 각 미소 구조체(102a, 102b 및 102c)의 한 쪽의 표면 전극(106a, 107a, 108a 및 109a)에 직류 전위를 인가하고, 또한, 다른 쪽의 표면 전극(106b, 107b, 108b 및 109b)에 제로(zero) 전위를 인가하는 것에 의해, 표면 전극(106a 및 107a)의 사이 및 표면 전극(108a 및 109a) 사이에는 정전 인력이 발생하고, 미소 구조체군(103)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 미소 구조체(102a)를 지점으로 하여 선단의 미소 구조체(102c)가 한 쪽의 기판측 출력부(111a)에 접촉하는 방향으로 이동하고, 그 미소 구조체(102c)가 기판측 출력부(111a)에 접촉한 상태가 유지된다.
이와 같이, 표면 전극(106a, 106b, 107a, 107b, 108a, 108b, 109a 및 190b)에 인가하는 전위에 의해 미소 구조체군(103)을 전두 동작시키는 것에 의해, 이 미소 구조체군(103)을 스위치(100)로서 이용할 수 있다.
즉, 도 3 및 도 4와 동일 부분에 동일한 부호를 부여하여 도시한 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 미소 구조체군(103)에, 배선 패턴(112)을 마련하고, 또한, 기판측에 마련된 기판측 출력부(111a 및 111b)에 기판측 전극(113a 및 113b)을 마련하는 것에 의해, 미소 구조체군(103)이 전두 동작해서 미소 구조체군(103)의 선단부의 미소 구조체(102c)가 기판측 출력부(111a)에 접촉한 상태에서, 당해 미소 구조체(102c)의 배선 패턴(112)의 선단부인 출력 단자(112a)가 기판측 출력부(111a)의 기판측 전극(113a)에 접촉한다. 이 결과, 기판측에 마련된 기판측 입력부(105)와 기판측 출력부(111a)가 미소 구조체군(103)을 거쳐서 전기적으로 결합되고, 기판측 입력부(105)로부터의 신호는 기판측 출력부(111a)에 전달된다.
이와 관련하여, 표면 전극(106a, 106b, 107a, 107b, 108a, 108b, 109a 및 109b)으로서는, 금, 알루미늄, 니켈, 구리 또는 합금 등의 금속이나, 폴리실리콘의 인을 도핑하여 도전율을 높인 것 등이 이용된다.
여기서, 미소 구조체군(103)의 선단의 미소 구조체(102c)에는 기판측 출력부(111a 또는 111b)에 접촉하는 부위 근방에 표면 전극(114a 및 114b)이 마련되어 있다. 이 표면 전극(114a 또는 114b)은, 예를 들면, 미소 구조체(102a, 102b 및 102c)의 표면 전극(106a, 107a, 108a 및 109a)에 직류 전위가 인가되었을 때에, 동일한 측의 표면 전극(114a)에도 직류 전위가 인가되도록 되어 있다.
따라서, 표면 전극(106a, 107a, 108a 및 109a)에 직류 전위를 인가하는 것에 의해, 미소 구조체(102c)가 기판측 출력부(111a) 방향으로 전두 동작을 실행하면, 그 기판측 출력부(111a)에 마련되어 있는 가이드용 전극(115a)과, 미소구조체(102c)의 표면 전극(114a)과의 사이에 정전 인력이 발생하는 것에 의해, 미소 구조체(102c)의 전두 동작(이동 동작)을 가이드할 수 있다. 이에 따라, 미소 구조체(102c)는 정확하게 기판측 출력부(111a)의 소정 위치에 접촉하게 된다.
또한, 미소 구조체(102b 및 102c)의 표면 전극(106b, 107b, 108b 및 109b)에 직류 전위가 인가되었을 때에, 동일한 측의 표면 전극(114b)에도 직류 전위가 인가되도록 되어 있다.
따라서, 표면 전극(160b, 107b, 108b 및 109b)에 직류 전위를 인가하는 것에 의해, 미소 구조체(102c)가 기판측 출력부(111b) 방향으로 전두 동작을 실행하면, 그 기판측 출력부(111b)에 마련되어 있는 가이드용 전극(115b)과, 미소 구조체(102c)의 표면 전극(114b)과의 사이에 정전 인력이 발생하는 것에 의해, 미소 구조체(102c)의 전두 동작(이동 동작)을 가이드할 수 있다. 이에 따라, 미소 구조체(102c)는 정확하게 기판측 출력부(111b)의 소정 위치에 접촉하게 된다.
이상의 구성에 있어서, 미소 구조체군(103)으로 이루어진 스위치(100)는, 미소 구조체군(103)을 복수의 미소 구조체(102a, 102b 및 102c)를 직렬로 결합하는 것에 의해, 당해 스위치(100)의 접점으로 되는 미소 구조체(102c)가 기판측 출력부(111a 또는 111b)에 접촉할 때의 이동량은, 그 미소 구조체(102c)에 결합된 미소 구조체(102b)에 대한 전두 동작의 이동량만으로 된다. 또한, 미소 구조체(102b)의 이동량은 당해 미소 구조체(102b)가 결합된 미소 구조체(102a)에 대한 전두 동작의 이동량만으로 된다.
이와 같이, 서로 결합된 미소 구조체(102a, 102b 및 102c)의 미소한 이동이더해서 합쳐져, 미소 구조체군(103)의 선단부에 위치하는 미소 구조체(102c)가 크게 기판측 출력부(111a 및 111b) 사이를 이동하도록 되어 있다. 따라서, 각 미소 구조체(102b 및 102c)에 대해서는, 이들을 미소한 전두 동작을 시키는 정도의 극히 작은 직류 전위를 표면 전극(106a, 107a, 108a 및 109a) 사이 또는 표면 전극(106b, 107b, 108b 및 109b) 사이에 인가하기만 해도 되어, 한층 더 낮은 직류 전위로 동작하는 스위치(100)가 실현된다.
또한, 각 미소 구조체(102b 및 102c)에 마련된 표면 전극(107a, 107b, 109a 및 109b)은 곡면 형상으로 되어 있는 것에 의해, 도 3에 도시한, 미소 구조체군(103)이 전두 동작을 실행하지 않고 있는 중립 위치에 있는 상태, 및 도 4에 도시한, 미소 구조체군(103)이 전두 동작을 실행하고 있는 상태 중 어느 하나에 있어서도, 표면 전극(106a 및 107a) 사이 및 표면 전극(108a 및 109a) 사이, 또는 표면 전극(106b 및 107b) 사이 및 표면 전극(108b 및 109b) 사이에서, 항상 미소한 갭(gap)이 존재하게 되고, 이들 표면 전극에 직류 전위를 인가하는 것에 의해, 이들 표면 전극 간에 항상 큰 정전 인력을 발생시킬 수 있다. 따라서, 또한 한층 더 낮은 직류 전위로 스위치(100)를 동작시킬 수 있다.
또한, 기판측 출력부(111a 및 111b)에 가이드용 전극(115a 및 115b)을 마련하고, 이 가이드용 전극(115a 및 115b)에 의해 미소 구조체(102c)의 움직임을 가이드하는 것에 의해, 미소 구조체군(103)이 전두 동작해서 그 미소 구조체(102c)가 기판측 출력부(111a 또는 111b)에 접촉할 때의 위치 결정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 미소 구조체군(103)의 전두 동작시에, 미소 구조체(102c)의 표면전극(114a 또는 114b)과 가이드용 전극(115a 또는 115b) 사이에 발생하는 정전 인력에 의해 미소 구조체(102c)가 기판측 출력부(111a 또는 111b) 방향으로 끌어당겨지는 것에 의해, 스위치(100)의 동작시에 한층 더 고속의 응답을 가능하게 할 수 있다. 또한, 가이드용 전극(115a 또는 115b)에 인가하는 직류 전위를 조정함으로써, 미소 구조체(102c)와 기판측 전극(113a 또는 113b) 사이의 접촉압을 용이하게 제어할 수 있다.
이와 관련하여, 미소 구조체(102c)의 출력 단자(112a 또는 112b)와 기판측 전극(113a 또는 113b)을 스위칭 동작시에 결합시키는 방법으로서는, 출력 단자(112a 또는 112b)를 구성하는 금속과, 기판측 전극(113a 또는 113b)을 구성하는 금속을 직접 접촉시키는 저항 결합(도 6), 또는, 미소한 갭 또는 얇은 절연막을 거쳐서 용량 결합시키는 방법 등을 이용할 수 있다. 이 경우, 출력 단자(112a 또는 112b)와 기판측 전극(113a 또는 113b) 사이를 미소한 갭을 거쳐서 용량 결합시키는 방법으로서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 미소 구조체(102c)가 기판측 출력부(111a)(또는 111b)에 접촉한 상태에서, 미소 구조체(102c)의 출력 단자(112a)(또는 112b)와 기판측 전극(113a)(또는 113b) 사이에 갭이 형성되도록 미소 구조체(102c)의 형상을 정하면 된다. 또한, 출력 단자(112a 또는 112b)와 기판측 전극(113a 또는 113b) 사이를 얇은 절연막을 거쳐서 용량 결합시키는 방법으로서는, 도 6에 도시한 구성에 있어서, 미소 구조체(102c)가 기판측 출력부(111a)(또는 111b)에 접촉한 상태에서, 미소 구조체(102c)의 출력 단자(112a)(또는 112b)와 기판측 전극(113a)(또는 113b)과의 사이에 절연막이 개재되도록, 당해 절연막을 미소구조체(102c)의 표면 또는 기판측 출력부(111a 및 111b)의 표면에 형성하면 된다.
이와 같이, 본 실시예의 스위치(100)에 의하면, 한층 더 낮은 직류 전위로 고속으로 스위칭 동작시킬 수 있다.
또한, 상술한 실시예에 있어서는, 1개의 미소 구조체군(103)에 의해 스위치(100)를 구성하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 도 6과의 대응 부분에 동일한 부호를 부여하여 도시한 도 8에 나타내는 바와 같이, 복수의 미소 구조체군(103)을 병렬로 나열하여 구성하여도 무방하다. 이렇게 하면, 도 7에 대해서 상술한 용량 결합을 실행할 경우에, 미소 구조체(102c)의 사이즈가 작은 것에 의한 결합도의 저하를 복수 구성에 의해 등가적으로 단자 면적을 크게 함으로써 회피할 수 있고, 또한, 도 5에 도시한 저항 결합을 실행할 경우에, 출력 단자(112a)의 면적이 작은 것에 의한 도체 손실의 증대를 마찬가지로 하여 회피할 수 있다. 이와 관련하여, 도 8에 도시한 미소 구조체(102a, 102b 및 102c)는 그 형상이 평면 원형 형상의 디스크 형상으로 해도 무방하다.
또한, 상술한 실시예에 있어서는, 도 3~도 6에 도시한 형상의 미소 구조체(102a, 102b 및 102c)로 이루어지는 미소 구조체군(103)을 이용하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 도 9 및 도 10에 도시하는 형상을 이용하여도 무방하다. 즉, 도 3~도 6과의 대응 부분에 동일한 부호를 부여하여 도시한 도 9 및 도 10은 다른 실시예에 따른 스위치(120)의 구성을 도시하는 평면도이다. 스위치(120)는 미소 구조체(122a, 122b 및 122c)를 갖는다.
도 9는 가동체로서의 미소 구조체군(123)이 중립 위치에 있는 상태를 나타내고, 또한, 도 10은 미소 구조체군(123)이 이동해서 한쪽의 기판측 출력부(111a)에 접촉한 상태를 나타낸다. 이 도 9 및 도 10에 도시하는 미소 구조체(122a, 122b 및 122c)의 형상(표면 전극(126a, 126b, 127a, 127b, 128a, 128b, 129a, 129b)이 마련된 곡면의 형상)은, 표면 전극(126a 및 127a) 사이, 표면 전극(128a 및 129a) 사이, 표면 전극(126b 및 127b) 사이, 및 표면 전극(128b 및 129b) 사이의 각 정전 인력이 최대로 되는 형상으로 형성되어 있다.
즉, 미소 구조체(122c)와 기판측 출력부(111a(111b)) 사이의 간격을 D, 미소 구조체(122a, 122b 또는 122c)의 길이를 L, 폭을 2α로 한다. 또한, 도 9에 나타내는 바와 같이, 미소 구조체군(123)이 중립 상태로 되어 있을 경우의 표면 전극(126a 및 127a) 사이, 표면 전극(128a 및 129a) 사이, 표면 전극(126b 및 127b) 사이, 및 표면 전극(128b 및 129b) 사이에 생기는 최대 간격을 d로 한다.
기판측 출력부(111a(111b))와 미소 구조체(122c)의 간격 D는, 이 스위치(120)를 흐르는 신호의 주파수, 소망으로 하는 아이솔레이션 및 미소 구조체(122c)의 출력 단자(도 5 및 도 6에 도시한 출력 단자(112a, 112b)에 상당)의 단면적에 의해 일의적으로 결정되는 것이다. 이 경우, 출력 단자의 단면적을 2500㎛², 신호의 주파수를 5㎓, 소망으로 하는 아이솔레이션을 30㏈ 이상이라고 하면, 간격 D를 1㎛ 이상 확보하면, 실용상 충분한 아이솔레이션을 달성할 수 있다.
그리고, 각 미소 구조체(122a, 122b 및 122c)의 최대 경사 각도 θ(도 10)는θ=tan-1(d/L)로 나타낸다. 예를 들면, 3개의 미소 구조체(122a, 122b 및 122c)를 직렬로 접속했을 때의, 미소 구조체(122c)의 외형 형상을 구성하는 곡면의 위치(이하, 이것을 간단히 미소 구조체(122c)의 위치라고 칭함)(x3, y3)는 이하의 (수학식 1)~(수학식 5)에 의해 구해진다.
즉, 도 11에 나타내는 바와 같이, 기판측 입력부(105)의 측에 마련된, 제 1 미소 구조체(122a)를 경사지게 하지 않는 방향 c1(θ=0)로부터 각도 θ만큼 경사지게 했을 경우의 당해 제 1 미소 구조체(122a)의 위치(x1, y1)는 이하의 (수학식 1)에 의해 나타낸다.
이 (수학식 1)의 결과에 대하여, 또한, 이하의 (수학식 2)에 의해 나타내어지는 계산을 실행하는 것에 의해, 제 1 미소 구조체(122a)가 각도 θ만큼 경사진 상태에서의 당해 제 1 미소 구조체(122a)로부터, 경사지게 하지 않는 방향 c2(θ=0)에 제 2 미소 구조체(122b)가 있다고 가정한 경우의, 이 제 2 미소 구조체(122b)의 위치(x2', y2')를 구한다.
이 (수학식 2)에 의해 나타내어지는 제 2 미소 구조체(122b)의 위치(x2', y2')에 근거하여, 각도 2θ만큼 제 2 미소 구조체(122b)를 경사시킨 상태에서의 당해 제 2 미소 구조체(122b)의 위치(x2, y2)를 이하의 (수학식 3)에 의해 구한다.
이 위치(x2, y2)는 제 1 미소 구조체(122a)가 경사 각도 θ만큼 경사진 상태에서, 이 제 1 미소 구조체(122a)에 대하여 각도 θ만큼 경사진(즉, 경사지게 하지 않는 방향 c2로부터 각도 2θ만큼 경사진) 제 2 미소 구조체(122b)의 위치이다.
이 (수학식 3)의 결과에 대하여, 또한, 이하의 (수학식 4)에 의해 나타내어지는 계산을 실행하는 것에 의해, 경사지게 하지 않는 방향 c2(θ=0)로부터 각도 2θ만큼 경사진 제 2 미소 구조체(122b)로부터, 또한 경사지게 하지 않는 방향 c3(θ=0)에 제 3 미소 구조체(122c)가 있다고 가정한 경우의, 제 3 미소 구조체(122c)의 위치(x3', y3')를 구한다.
이 (수학식 4)에 의해 나타내어지는 제 3 미소 구조체(122c)의 위치(x3', y3')에 대해서, 경사지게 하지 않는 방향 c3으로부터 각도 3θ만큼 이 제 3 미소 구조체(122c)를 경사시킨 상태에서의 당해 제 3 미소 구조체(122c)의 위치(x3, y3)를, 이하의 (수학식 5)에 의해 구한다.
이 위치(x3, y3)는, 제 1 미소 구조체(122a)가 각도 θ만큼 경사지고, 또한, 제 2 미소 구조체(122b)가 각도 2θ만큼 경사진 상태에서, 이 제 2 미소 구조체(122b)에 대하여 각도 θ만큼 경사진 제 3 미소 구조체(122c)의 위치이다.
이와 같이, 도 9 및 도 10에 도시하는 미소 구조체(122a, 122b 및 122c)를 이용한 스위치(120)에 있어서는, 도 3~도 6에 대해서 상술한 스위치(100)와 마찬가지로 하여, 각 미소 구조체(122a, 122b 및 122c)의 표면 전극(126a, 126b, 127a, 127b, 128a, 128b, 129a 및 129b)으로의 소정의 직류 전위의 인가에 의해 정전 인력을 발생시키는 것에 의해, 미소 구조체군(123)을 전두 동작시켜, 이에 따라 스위칭 동작을 실행할 수 있다. 이 스위치(120)의 경우, 각 미소 구조체(122a, 122b 및 122c)가, 상술한 (수학식 1)~(수학식 5)에 근거하여 형성된 곡면 형상을 갖고, 이 곡면에 표면 전극(126a, 126b, 127a, 127b, 128a, 128b, 129a 및 129b)이 마련됨으로써, 최대의 정전력을 발생시킬 수 있다.
(실시예 2)
도 12는 본 발명의 실시예 2에 따른 스위치(200)의 구성을 도시하는 사시도이다. 단, 도 3~도 6과 동일한 구성으로 되는 것에 대해서는, 도 3~도 6과 동일 번호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다.
도 12에 도시하는 스위치(200)는 반도체의 집적 회로 상에 당해 집적 회로와 동일한 프로세스로 형성되어 있는 것이며, 무선 통신 장치의 송신 회로, 수신 회로, 송수신 전환 회로, 또는 그 외 여러 장치의 회로에 이용되는 것이다. 이 스위치(200)는 도 3에 대해서 상술한 스위치(100)의 2차원적인 이동(전두) 방향에 비하여, 3차원 방향으로 이동(전두) 동작하는 점이 상이하다. 이 스위치(200)에 있어서는, 3차원 방향으로 전두 동작을 실행하는 것을 실현하기 위해서는, 기판측 입력부(105)측에 대하여 3차원 방향으로 요동(搖動) 자유롭게 지지된 제 1 미소 구조체(202a)와, 당해 제 1 미소 구조체(202a)에 대하여 3차원 방향으로 요동 자유롭게 지지된 제 2 미소 구조체(202b)와, 당해 제 2 미소 구조체(202b)에 대하여 3차원 방향으로 요동 자유롭게 지지된 제 3 미소 구조체(202c)로 이루어지는 가동체로서의 미소 구조체군(2O3)을 갖는다.
이 미소 구조체군(203)을 구성하는 각 미소 구조체(202a, 202b, 202c)는 각각 간략한 구형(球形)으로 형성되어 있고, 이 구형의 미소 구조체(202a, 202b, 202c)의 각 표면에는 각각 표면 전극이 제어 전극으로서 마련되어 있다.
도 13은 제 3 미소 구조체(202c)의 표면 구성을 도시하는 사시도이다. 단, 다른 미소 구조체(202a 및 202b)도 이 제 3 미소 구조체(202c)와 동일한 구성을 갖는 것으로 한다.
도 13에 있어서, 미소 구조체(202c)는, 그 표면에서, 제어 전극으로서의 표면 전극(206a, 206b, 206c, … 및, 207a, 207b, 207c, 207d, … )이 마련되어 있다. 이들 표면 전극(206a, 206b, 206c, … 및, 207a, 207b, 207c, 207d, … )에 대하여 선택적으로 소정의 직류 전위를 인가하는 것에 의해, 도 3~도 6에 상술한 스위치(100)의 경우와 마찬가지로 하고, 미소 구조체(203)를 전두 동작시킬 수 있다.
즉, 도 14는 스위치(200)의 평면도로서, 미소 구조체군(203)의 각 미소 구조체(202a, 202b 및 202c)의 표면 전극(206a, 206b, 206c, … 및, 207b, 207c, 207d, … ) 중, 서로 대향하는 표면 전극(207b 및 207d, 207a 및 207e, 207b 및 207d, 207a 및 207e)의 사이에 정전 인력이 발생하도록, 각 표면 전극(206a, 206b, 206c, … 및, 207a, 207b, 207c, 207d, … ) 중 어느 하나를 선택하고, 당해 선택된 표면 전극에 대하여 직류 전위를 인가한다.
이에 따라, 미소 구조체군(203)은, 도 14에서 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 제어부(110)로부터 소정의 제어 신호선(도시하지 않음)을 거쳐서 인가된 직류 전위에 따라, 좌우 중 어느 한 방향으로 전두 동작을 한다. 스위치(200)의 기판 베이스부(208)에는 기판측 출력부(111a 및 111b)가 마련되어 있고, 좌우 방향으로 전두 동작한 미소 구조체(202c)가 기판측 출력부(111a 또는 111b)에 접촉하는 것에 의해, 당해 접촉 개소에 마련된 배선 패턴의 단자끼리가 접해서 스위칭 동작한다. 또한, 기판측 출력부(111a 및 111b)에는 기판측 전극(113a 및 113b)이 마련되어 있고, 이 기판측 전극(113a 또는 113b)에 직류 전위를 인가하는 것에 의해, 미소 구조체(202c)를 끌어당기는 정전 인력을 그 미소 구조체(202c)의 표면 전극과의 사이에서 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 스위치(200)를 고속으로 스위칭 동작시킬 수 있다.
이와 관련하여, 미소 구조체군(203)은 중립 상태로 유지되는 구성으로 되어 있다. 이 구성으로는 각 미소 구조체(202a, 202b 및 202c)의 표면 전극(206a, 206b, 206c, … 및, 207a, 207b, 207c, 207d, … )에 대하여, 미소 구조체군(203)이 중립 위치에 유지되는 직류 전압을 인가하는 구성, 또는, 탄성을 가진 소정의 지지 부재(도시하지 않음)에 의해 미소 구조체군(203)을 지지하도록 하여도 무방하다.
또한, 도 15는 스위치(200)의 측면도이며, 미소 구조체군(203)의 각 미소 구조체(202a, 202b 및 202c)의 표면 전극(206a, 206b, 206c, … ) 중, 서로 대향하는 표면 전극(207a 및 207e, 206a 및 206e) 사이에 정전 인력이 발생하도록, 각 표면 전극(206a, 206b, 206c, … ) 중 어느 하나를 선택하여, 당해 선택된 표면 전극에 대하여 직류 전위를 인가한다.
이에 따라, 미소 구조체군(203)은, 도 15에서 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 인가된 직류 전위에 따라, 아래 방향으로 전두 동작을 한다. 스위치(20O)의 기판 베이스부(208)에는 기판측 출력부(209)가 마련되어 있고, 아래 방향으로 전두 동작한 미소 구조체(202c)가 기판측 출력부(209)에 접촉함으로써, 당해 접촉 개소에 마련된 배선 패턴의 단자끼리가 접해서 스위칭 동작한다. 또한, 이 기판측 출력부(209)에는 기판측 전극(210)이 마련되어 있다. 이 기판측 전극(210)에 직류 전위를 인가하는 것에 의해, 미소 구조체(202c)를 끌어당기는 정전 인력을 그 미소구조체(202c)의 표면 전극과의 사이에서 발생시킬 수 있고, 이에 따라, 미소 구조체군(203)을 아래 방향으로 전두 동작시키는 것에 의한 스위칭 동작을 고속으로 실행할 수 있다.
또한, 상술한 실시예 2에 있어서는, 미소 구조체군(203)을 중립 상태로부터 아래 방향으로 전두 동작시킴으로써, 스위칭 동작시키는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 미소 구조체군(203)의 위 방향에도 기판측 출력부를 마련하고, 미소 구조체군(203)을 상하 방향으로 전두 동작시키도록 하여도 무방하다.
또한, 상술한 실시예 2에 있어서는, 미소 구조체군(203)을 좌우 방향 및 상하 방향으로 전두 동작시키는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다른 여러 방향으로 전두 동작시키도록 하여도 무방하다. 이렇게 하면, 스위칭 동작을 위해 방향을 상하 좌우 방향 이외에도 복수 설정하고, 이 방향으로 기판측 출력부를 마련함으로써, 복수 접점을 전환하는 스위칭 동작을 가능하게 할 수 있다.
(실시예 3)
도 16은 본 발명의 실시예 3에 따른 스위치(300)의 구성을 도시하는 측면도이다. 도 16에 도시하는 스위치(300)는 반도체의 집적 회로 상에 당해 집적 회로와 동일한 프로세스로 형성되어 있는 것이며, 무선 통신 장치의 송신 회로, 수신 회로, 송수신 전환 회로, 또는 그 외의 여러 장치의 회로에 이용되는 것이다. 그리고 이 스위치(300)는, 도 3에 대해서 상술한 스위치(100)의 미소 구조체(102a, 102b 및 102c) 대신에, 평판 형상의 미소 구조체(301a, 301b, 301c 및 302a, 302b, 302c)를 이용하여, 가동체로서의 미소 구조체군(303 및 304)을 구성하고 있다.
미소 구조체군(303)은, 각 미소 구조체(301a, 301b 및 301c)를 결합 보(305)에 의해 결합하여 구성되어 있고, 그 고정 단부측은 기판(도시하지 않음)상에 거의 수직으로 고정된 고정부(306)에 결합되고, 또한 그 가동 단부측에는 가동부(307)가 결합되어 있다. 또한, 미소 구조체군(304)은 각 미소 구조체(302a, 302b 및 302c)를 결합 보(305)에 의해 결합하여 구성되어 있고, 그 고정 단부측이 기판(도시하지 않음) 상에 고정된 고정부(306)에 결합되고, 또한 그 가동 단부측에는 가동부(307)가 결합되어 있다.
이에 따라, 각 미소 구조체군(303 및 304)은 기판 상을 수평 1축 방향으로 신축 가능하게 되어 있다. 따라서, 이 미소 구조체군(303 및 304)의 가동 단부측에 마련된 가동부(307)는 미소 구조체군(303 및 304)의 신축에 따라, 기판 상을 수평 1축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.
각 미소 구조체(301a, 301b, 301c, 302a, 302b, 302c)에는, 당해 각 미소 구조체(301a, 3O1b, 301c, 302a, 302b, 302c)가 줄어들었을 때에 서로 대향하는 부분에, 제어 전극으로서 표면 전극(308 및 309)이 마련되어 있다. 그리고, 예를 들면, 제어부(110)로부터 소정의 제어 신호선(도시하지 않음)에 의해 표면 전극(308)에 직류 전위를 인가하고, 또한, 이것에 대향하는 표면 전극(309)에 제로 전위를 인가하는 것에 의해, 대향하는 각 표면 전극(308 및 309)의 사이에 정전 인력을 발생시킬 수 있다. 이와 같이 하여, 각 표면 전극(308 및 309)의 사이에 정전 인력을 발생시키면, 미소 구조체군(303 및 304)은 각각 줄어들도록 변위한다. 이 결과, 미소 구조체군(303 및 304)의 선단측에 고정된 가동부(307)가 고정부(306)에 근접하는 방향으로 끌어당겨진다.
이에 반하여, 서로 대향하는 각 표면 전극(308 및 309)에 대해서, 각각 반발력을 발생하는 직류 전위를 인가하는 것에 의해, 미소 구조체군(303 및 304)은 신장되도록 변위한다. 이 결과, 가동부(307)는 고정부(306)로부터 떨어지는 방향으로 이동하는 것에 의해, 이 가동부(307)에 마련된 신호 라인(310)이 기판측 출력부(311)에 마련되어 있는 신호용 전극(312)에 접촉하게 된다. 이에 따라, 고정부(306)와 기판측 출력부(311)는 미소 구조체군(303, 304), 신호 라인(310) 및 이것에 접촉한 신호용 전극(312)을 거쳐서 전기적으로 도통한 상태로 된다. 이와 관련하여 이 경우, 미소 구조체군(303 및 304)을 도전 재료로서 구성하는 것에 의해, 이 미소 구조체군(303 및 304)에 직접 신호가 흐르도록 하거나, 또는, 미소 구조체군(303 및 304)에 신호를 도통시키기 위한 신호 라인을 별도로 마련하도록 하여도 무방하다.
이렇게 하여, 각 표면 전극(308 및 309)에 인가하는 직류 전위를 전환하는 것에 의해, 미소 구조체군(303 및 304)을 신축 동작시킬 수 있고, 이에 따라, 이들 미소 구조체군(303 및 304)으로 이루어지는 스위치(300)를 스위칭 동작시키는 것이 가능하게 된다.
이와 같이, 본 실시예의 스위치(300)에 의하면, 미소 구조체군(303 및 304)에 마련된 제어 전극으로서의 표면 전극(308 및 309)에 대하여 그 사이에 정전 인력이나 반발력을 발생시키는 직류 전위를 인가하는 것에 의해, 각 미소 구조체(301a, 301b, 301c, 302a, 302b, 302c)의 이동량은 적게 하면서, 미소 구조체군(303 및 304) 전체적으로 이동량을 크게 하는 것이 가능해진다. 이 결과, 미소한 직류 전위로 구동시키는 것이 가능하고, 또한, 고속 응답 및 높은 아이솔레이션을 실현한 스위치(300)를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 실시예 3에 있어서는 신호 라인(310) 및 신호용 전극(312) 사이의 전기적 결합 형태로서, 이들 신호 라인(310) 및 신호용 전극(312)을 직접 접촉시키는 것에 의한 저항 결합을 이용하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 신호 라인(310) 및 신호용 전극(312) 사이에 소정의 갭을 형성하는 것에 의해, 이들을 용량 결합시키도록 하여도 무방하다.
(실시예 4)
도 17은 본 발명의 실시예 4에 따른 스위치(400)의 구성을 도시하는 측면도이며, 도 18은 그 스위치(400)의 평면도이다. 도 17 및 도 18에 도시하는 스위치(400)는 반도체의 집적 회로 상에 당해 집적 회로와 동일한 프로세스로 형성되어 있는 것이고, 무선 통신 장치의 송신 회로, 수신 회로, 송수신 전환 회로, 또는 그 외의 여러 장치의 회로에 이용되는 것이다. 이 스위치(400)는 도 3에 대해서 상술한 스위치(100)의 표면 전극(106a, 106b, 107a, 107b, 108a, 108b, 109a 및 109b)에 의한 정전 인력을 이용한 스위칭 동작의, 당해 정전 인력을 이용하는 점을다른 구성의 스위치에 적용한 것이다.
즉, 도 17 및 도 18에 있어서, 스위치(400)는 지지부(401a 및 401b)에 의해 양단이 지지된 가동체로서의 양팔보(402)를 갖고, 이 양팔보(402)는 기판(403)과 근소한 갭을 형성하여 설치되어 있다. 양팔보(402)의 기판(403)측의 면에는 전극(404)이 형성되고, 또한, 반대측의 면에는 빗살 형태 전극(405 및 406)이 형성되어 있다.
입력 신호가 입력 단자(407a)로부터 입력되어, 전극(404)을 거쳐서 출력 단자(407b)에 전달되는 것에 의해, 이 스위치(400)를 통과하도록 되어 있다. 이 때, 제어부(110)로부터 소정의 제어 신호선(도시하지 않음)을 거쳐서 전극(404)에 직류 전위를 인가하면, 양팔보(402)는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 전극(404)과 기판측 전극(408) 사이에 발생하는 정전력에 의해 휘고, 기판(403)과 양팔보(402) 사이의 갭이 작게 되어 서로 접촉한다.
여기서, 양팔보(402) 및 기판측 전극(408)이 직류적으로 결합하는 것을 피하기 위해서, 기판측 전극(408)에는 얇은 절연막(409)을 마련하고 있다. 단, 이 절연막(409)은 양팔보(402)측에 마련해도 무방하고, 또한, 기판(403)측 및 양팔보(402)측의 양쪽에 마련해도 무방하다.
기판(403)과 양팔보(402) 사이의 갭이 미소하게 되면, 양팔보(402)의 전극(404)에 전달되고 있는 신호는 기판측 전극(408)과 전기적으로 결합하는 것에 의해, 출력 단자(407b)에는 전달되지 않고, 기판(403)측에 전달된다. 이 기판(403)을 접지시키는 것에 의해, 단락형의 스위치가 구성된다. 이와 관련하여,기판(403)을 접지시키는 것 대신에, 이것을 다른 선로에 접속하면, 전환형의 스위치를 구성할 수 있다.
그리고, 양팔보(402)를 휘게 할 때에, 빗살 형태 전극(405 및 406)에 대하여, 제어부(110)로부터 소정의 제어 신호선(도시하지 않음)을 거쳐서 직류 전위를 인가하여, 서로 근접한 빗살 형태 전극(405 및 406)에 대해서 각각 화살표(410a 및 410b)로 나타내는 방향으로의 정전 인력을 발생시키는 것에 의해, 양팔보(402)에 압축 응력을 발생시킬 수 있다. 이 압축 응력은 양팔보(402)를 기판(403)측에 휘게 하는 힘으로 된다. 이 압축 응력에 의해 양팔보(402)를 휘게 하는 힘은 양팔보(402)와 기판(403) 사이의 정전력과 더불어, 한층 더 고속으로 양팔보(402)를 기판(403)측으로 휘게 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이와 같이 함으로써, 기판(403)과 양팔보(402) 사이의 정전력에 의해서만 양팔보(402)를 휘게 하는 경우에 비하여, 스위치(400) 전체로서 인가 전압의 저전압화를 도모할 수도 있다.
이와 같이, 본 실시예의 스위치(400)에 의하면, 한층 더 고속으로 스위칭 동작을 실행하는 것이 가능하게 된다.
(실시예 5)
도 20은 본 발명의 실시예 5에 따른 스위치(500)의 구성을 도시하는 측면도이며, 도 17 및 도 18과 동일한 구성이 되는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명을 생략한다. 도 20에 도시하는 스위치(500)는 반도체의 집적 회로 상에 당해 집적 회로와 동일한 프로세스로 형성되어 있는 것이며, 무선 통신 장치의 송신 회로, 수신 회로, 송수신 전환 회로, 또는 그 외의 여러 장치의 회로에 사용되는 것이다. 이 스위치(500)는 도 3에 대해서 상술한 스위치(100)의 표면 전극(106a, 106b, 107a, 107b, 108a, 108b, 109a 및 109b)에 의한 정전 인력을 이용한 스위칭 동작의, 당해 정전 인력을 이용하는 점을 다른 구성의 스위치에 적용한 것이다.
도 20에 있어서, 스위치(500)는 지지부(501)에 의해 일단이 지지된 가동체로서의 외팔보(502)를 가지고, 이 외팔보(502)는 기판(503)과 근소한 갭을 형성하여 설치되어 있다. 외팔보(502)의 기판(503)측의 면에는 전극(504)이 형성되고, 또한, 반대측의 면에는 빗살 형태 전극(405 및 406)이 형성되어 있다. 이 빗살 형태 전극(405 및 406)은 도 18에 대해서 설명한 것과 마찬가지의 것이다.
입력 신호가 입력 단자(505a)로부터 입력되어, 전극(504)을 거쳐서 출력 단자(505b)에 전달되는 것에 의해, 이 스위치(500)를 통과하도록 되어 있다. 이 때, 제어부(110)로부터 소정의 제어 신호선(도시하지 않음)을 거쳐서 전극(504)에 직류 전위를 인가하면, 외팔보(502)는 전극(504)과 기판측 전극(506) 사이에 발생하는 정전력에 의해 휘어, 기판(503)과 외팔보(502) 사이의 갭이 작게 되어 서로 접촉한다.
여기서, 외팔보(502) 및 기판측 전극(506)이 직류적으로 결합하는 것을 피하기 위해서, 기판측 전극(506)에는 얇은 절연막(507)을 마련하고 있다. 단, 이 절연막(507)은 외팔보(502)측에 마련해도 무방하고, 또한, 기판(503)측 및 외팔보(502)측의 양쪽에 마련해도 무방하다.
기판(503)과 외팔보(502) 사이의 갭이 미소하게 되면, 외팔보(502)의 전극(504)을 전달되고 있는 신호는 기판측 전극(506)과 전기적으로 결합함으로써, 출력 단자(505b)에는 전달되지 않고, 기판(503)측에 전달된다. 이 기판(503)을 접지시키는 것에 의해, 단락형의 스위치가 구성된다. 이와 관련하여, 기판(503)을 접지시키는 것 대신에, 이것을 다른 선로에 접속하면, 전환형의 스위치를 구성할 수도 있다.
그리고, 외팔보(502)와 기판측 전극(506)을 떼어놓을 때에, 빗살 형태 전극(405 및 406)에 대하여 직류 전위를 인가해서, 서로 근접한 빗살 형태 전극(405 및 406)에 대하여 각각 화살표(508a 및 508b)로 나타내는 방향으로의 정전 인력을 발생시키는 것에 의해, 외팔보(502)에 당해 외팔보(502)를 휘게 하도록 하는 압축 응력을 발생시킨다. 이 압축 응력은 외팔보(502)를 기판(503)으로부터 떼어놓는 힘으로 된다. 이 압축 응력에 의해 외팔보(502)를 휘게 하는 힘은, 외팔보(502)의 본래 갖는 복원력과 더불어, 한층 더 고속으로 외팔보(502)를 기판(503)(기판측 전극(506))으로부터 떼어놓는 것을 가능하게 한다.
이와 같이, 본 실시예의 스위치(500)에 의하면, 한층 더 고속으로 스위칭 동작을 실행하는 것이 가능해 진다.
또한, 상술한 실시예 5에 있어서는, 평판 형태의 외팔보(502)를 이용하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 실시예의 스위치(500)의 변형예인 스위치(550)를 도 21에 도시한다. 도 21에 있어서, 도 20과 동일 부분에는 동일한 부호를 부여한다. 도 21에 나타내는 바와 같이,스위치(550)는 컬(curl) 형태의 외팔보(551)를 사용한다. 이와 같이 본래의 외팔보(551)의 형상으로서, 도 21에 나타내는 컬(curl) 형태의 상태로 되어 있는 것을 이용함으로써, 기판측 전극(506)과 전극(504) 사이의 정전력에 의해 외팔보(551)가 기판(503)측에 접한 상태에서, 빗살 전극(405 및 406)에 직류 전압을 인가하는 것에 의해 외팔보(551)를 기판(503)으로부터 떼어놓을 때에, 그 컬(curl) 형상으로 인한 강한 복원력에 의해 한층 더 고속으로, 외팔보(551)를 기판(503)으로부터 떼어놓을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 미소한 구조체로 구성되는 미소 구조체군을 이용하여 각 구조체를 근소하게 이동시키는 것에 의해, 군(群)으로서는 큰 이동량을 얻을 수 있다. 또한, 이에 따라, 각각의 미소 구조체의 제어 전극에 인가하는 직류 전위를 작게 할 수 있다. 이렇게 하여, 고속으로 응답할 수 있고, 또한 아이솔레이션이 우수한 스위치로서, 작은 직류 전압으로 동작하는 스위치를 실현할 수 있다.
본 명세서는 2002년 6월 11일 출원된 일본 특허 출원 제 2002-170613 호에 근거한다. 이 내용을 모두 여기에 포함시켜 둔다.
본 발명은 무선 통신 회로 등에 이용되는 스위치에 적용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 표면에 복수의 표면 전극을 갖는 가동체와,
    상기 가동체의 일부에 마련된 제 1 단자와,
    상기 가동체의 일부에 마련되고, 상기 제 1 단자와의 사이를 도통하는 신호를 소정의 외부 단자에 출력시키는 제 2 단자
    를 구비하되,
    상기 복수의 표면 전극 간에 발생하는 정전 인력에 의해 상기 가동체를 변형시킴으로써, 상기 제 2 단자와 상기 소정의 외부 단자 사이의 상기 신호의 통과 및 차단을 전환하는
    스위치.
  2. 표면에 복수의 표면 전극을 갖고, 임의의 방향으로 이동 가능한 복수의 구조체와,
    입력 신호를 상기 구조체 사이에서 전달하고, 또한 각 상기 구조체 상의 상기 표면 전극이 적어도 2세트 이상 대향하도록 상기 각 구조체를 연결시키는 보(梁)와,
    상기 각 표면 전극에 제어 신호를 전달하기 위한 제어 신호선과,
    각 상기 구조체가 연결되어 이루어지는 구조체군의 일단(一端)측의 구조체에마련되며, 상기 입력 신호를 상기 일단측의 구조체에 입력시키고, 또한, 상기 일단측의 구조체를 기판에 고정하는 입력 단자와,
    상기 구조체군의 타단측의 구조체에 마련되고, 소정의 외부 단자에 상기 입력 신호를 출력시키는 출력 단자
    를 구비하되,
    각 상기 구조체 사이에서 대향하는 상기 표면 전극에 정전 인력을 발생시켜, 각 상기 표면 전극 사이의 상대 거리를 변화시키는 것에 의해, 상기 구조체군의 상기 타단측을 각 상기 표면 전극 사이의 상대 거리의 변화보다도 큰 거리만큼 변위시켜, 상기 구조체의 출력 단자와 상기 소정의 단자 사이의 전기적 결합도를 변화시킴으로써, 상기 출력 단자와 상기 소정의 외부 단자 사이의 상기 입력 신호의 통과 및 차단을 전환하는
    스위치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 대향하는 표면 전극의 적어도 한쪽이 곡면을 형성하고 있는 스위치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 구조체군이 2차원 방향으로 이동하는 스위치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 구조체군이 3차원 방향으로 이동하는 스위치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 구조체의 이동을 가이드하는 가이드용 전극을 구비하고, 상기 가이드용 전극 및 상기 표면 전극 사이에 정전 인력을 발생시켜, 당해 정전 인력에 의해 상기 구조체군을 고속 응답시키도록 한 스위치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 구조체군을 복수개 병렬로 마련한 스위치.
  8. 기판 상에 마련된 양팔보와,
    상기 양팔보의 바로 아래에 마련된 고정측 전극과,
    상기 양팔보의 상기 기판측의 면에 마련된 가동측 전극과,
    상기 양팔보의 상기 가동측 전극이 마련된 면에 대하여 반대측의 면에 복수개 마련된 표면 전극
    을 구비하되,
    상기 고정측 전극과 상기 가동측 전극 사이에 정전 인력을 발생시키고, 또한, 상기 복수의 표면 전극 간에 정전 인력을 발생시키는 것에 의해, 상기 양팔보를 휘게 하여, 상기 양팔보와 상기 기판 사이의 전기적 결합도를 변화시킴으로써, 상기 양팔보와 상기 기판 사이의 신호의 통과 및 차단을 전환하는
    스위치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 표면 전극은 빗살 형상의 전극인 스위치.
  10. 기판 상에 마련된 외팔보와,
    상기 외팔보의 바로 아래에 마련된 고정측 전극과,
    상기 외팔보의 상기 기판측의 면에 마련된 가동측 전극과,
    상기 외팔보의 상기 가동측 전극이 마련된 면에 대하여 반대측의 면에 복수개 마련된 표면 전극
    을 구비하되,
    상기 고정측 전극과 상기 가동측 전극 사이에 정전 인력을 발생시키는 것에 의해, 상기 외팔보를 휘게 해서 상기 기판에 전기적으로 결합시키고, 또한, 상기복수의 표면 전극 간에 정전 인력을 발생시키는 것에 의해, 상기 외팔보에 대하여, 상기 기판으로부터 떨어지는 방향으로 압축 응력을 발생시켜, 상기 외팔보와 상기 기판의 전기적 결합의 차단을 실행하는
    스위치.
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