WO2005027257A1

WO2005027257A1 - 可変容量素子

Info

Publication number: WO2005027257A1
Application number: PCT/JP2004/009642
Authority: WO
Inventors: Koichi Yoshida; Takahiro Oguchi; Yoshihiro Konaka
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2005-03-24
Also published as: ATE510318T1; CN1706066A; EP1538691B1; US7054132B2; KR20050086669A; EP1538691A1; EP1538691A4; KR100609589B1; JP4107329B2; JPWO2005027257A1; US20060056132A1; CN1310374C

Abstract

　可動体を常に一方向に反らせることにより、温度の変化等に対して静電容量を安定的に変化させることができ、信頼性を高めるようにする。　基板２には、支持部４、支持梁７等を介して可動体６を変位可能に設け、その導体対向面６Ａには絶縁被膜８と可動電極９とを設ける。そして、駆動電極１３により可動体６等を信号遮断位置と信号通過位置との間で変位させ、伝送線路３を伝わる高周波信号を遮断し、または通過させる。この場合、絶縁被膜８は、その圧縮応力により可動体６と可動電極９とを伝送線路３に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせると共に、この反りの方向を常に保持する。これにより、可動体６等の反りの方向が温度の高低等によって変化し、可動電極９と伝送線路３との間の静電容量が変動するのを防止でき、スイッチ動作を安定的に行うことができる。

Description

明細書

可変容量素子

技術分野

[0001] 本発明は、例えば静電容量を変化させることにより高周波信号等に対してスィッチ動作を行う可変容量型スィッチ、または可変容量コンデンサ等として好適に用いられる可変容量素子に関する。

背景技術

[0002] 一般に、可変容量素子は、例えば可変容量型スィッチ、可変容量コンデンサ等として用いられている。これらの可変容量素子は、例えば特許文献 1に記載されている静電駆動型のスィッチとほぼ同様に、基板上に可動体を変位可能に設け、この可動体を静電力によって基板に近接，離間させるものである。

[0003] 特許文献 1 :特開 2000 - 188050号公報

[0004] この種の従来技術による可変容量素子として、可変容量型スィッチを例に挙げて述ベると、この可変容量型スィッチは、基板上にコプレーナ線路等の伝送線路が設けられている。また、基板上には、板状の可動体が支持梁等を介して変位可能に設けられ、この可動体は伝送線路の途中部位と隙間をもって対向している。

[0005] そして、可動体のうち伝送線路に面した部位には、金属膜等からなる可動電極が設けられ、これらの可動電極と可動体とは、基板と垂直な方向に変位することにより、伝送線路に対して近接，離間する構成となっている。

[0006] また、可動体には外部から給電される駆動電極が設けられ、例えば基板側にも、この駆動電極と隙間をもって対向する相手方の駆動電極が設けられている。そして、各駆動電極の間に給電したときには、これらの間に静電力が発生することにより、可動体が支持梁のばね力に杭して一定の方向（例えば、伝送線路に近接する方向）に変位する。これにより、可動体と一緒に可動電極が変位し、可動電極と伝送線路との間のギャップ (静電容量）が変化する。

[0007] また、駆動電極への給電を停止したときには、可動体と可動電極とが支持梁のばね力によって初期位置に復帰することにより、可動電極と伝送線路との間の静電容量が初期状態に戻る。

[0008] このように、可変容量型スィッチは、可動体の位置に応じて可動電極と伝送線路との間で静電容量を増減させ、この部位で伝送線路の共振周波数を変化させることにより、例えば伝送線路を伝わる高周波信号を可変容量型スィッチの位置で通過，遮断 (反射)するものである。

[0009] ところで、上述した従来技術では、例えば板状の可動体を伝送線路に対して近接，離間させる構成としている。しかし、可動体が変位するときには、例えば支持梁の形状やばね力のばらつき等により、可動体（可動電極）が伝送線路に対して平行ではなぐ傾いた姿勢で近接することがある。

[0010] このため、可動電極が伝送線路に近接するときには、その傾き状態に応じて両者間に形成されるギャップの寸法 (静電容量）にばらつきが生じ、これによつて伝送線路の共振周波数や高周波信号の伝送特性が不安定となる虞れがあり、スィッチとしての性能や信頼性が低下するという問題がある。

[0011] また、従来技術の可変容量型スィッチにあっては、板状の可動体を覆うように膜状の可動電極が設けられている。このため、スィッチの周辺温度が変化するときに、可動体と可動電極には、両者の熱膨張量の差等によって反りが生じ易くなる。しかも、このような反りは、例えば可動体が伝送線路に向けて凸湾曲形状となる方向に反る場合と、伝送線路に向けて凹湾曲形状となる方向に反る場合とがあり、これらの反りの方向は温度の高低に応じて変化することもある。

[0012] このため、従来技術では、可動体の反りの状態（方向）によっても、可動電極と伝送線路との間の静電容量にばらつきが生じ易いため、可変容量型スィッチの動作が温度の変化等に対して不安定となるという問題もある。

発明の開示

[0013] 本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、可動体が変位するときに、可動電極と固定電極との間で静電容量を安定的に変化させることができ、温度の変化等に対して動作特性を良好に保持できると共に、信頼性を向上できるようにした可変容量素子を提供することにある。

[0014] 上述した課題を解決するために本発明は、基板と、該基板に設けられた固定電極と、該固定電極と対向する位置で前記基板に変位可能に設けられ該固定電極と近接，離間する板状の可動体と、該可動体のうち前記固定電極に面した部位に設けられ該可動体が前記固定電極と近接，離間するときに前記固定電極との間で静電容量が変化する可動電極と、前記可動体を前記固定電極と近接または離間する方向に駆動する駆動手段とから構成してなる可変容量素子に適用される。

[0015] そして、本発明が採用する構成の特徴は、可動体には、前記可動体の中央部が周縁部に対して反る方向を前記固定電極に向けて凸湾曲形状となる方向と前記固定電極に向けて凹湾曲形状となる方向のうちいずれか一方向に常時保持する反り調整被膜を設ける構成としたことにある。

[0016] 本発明によれば、可動体には、反り調整被膜を設ける構成としたので、駆動手段により可動体を固定電極に対して近接，離間させることができ、このときに可動電極と固定電極との間で静電容量を変化させることができる。この場合、反り調整被膜は、例えば温度の変化等に対して可動体を常に一定の方向に反らせることができ、可動体が固定電極の近傍に変位したときには、可動電極を固定電極と近接した所定の位置に安定的に保持することができる。

[0017] これにより、例えば可動体がある程度傾いた状態で固定電極に近接する場合でも、その中央部で可動電極と固定電極とを正確な位置関係をもって近接させることができる。また、例えば素子の温度が大きく変化する場合でも、反り調整被膜は、可動体と可動電極との熱膨張の差によってこれらの反りの方向が変化したり、この変化に伴つて可動電極と固定電極との位置関係がずれるのを防止することができる。

[0018] 従って、可動電極と固定電極とが近接したときの静電容量を正確な値に設定でき、これらの間の静電容量を可動体の位置に応じて高い精度で切換えることができる。これにより、例えば静電容量の変化を用いた各種のスィッチ動作を安定的に行うことができ、その動作特性を温度の変化等に対して良好に保持できると共に、素子の性能や信頼性を向上させることができる。

[0019] また、本発明によると、可動体と反り調整被膜とは、前記可動体に反り調整被膜を形成するときに発生する内部応力と、前記可動体と反り調整被膜との熱膨張の差により生じる熱応力とを合わせた応力を全体の応力とすると、当該全体の応力が温度変化に対して常に可動体の反り方向を一方向に保持するように構成してもよい。

[0020] この場合、可動体と反り調整被膜とは、内部応力と熱応力とを合わせた全体の応力が温度変化に対して常に可動体の反り方向を一方向に保持するように構成したので、素子の温度が広い温度範囲にわたって変化する場合でも、可動体、反り調整被膜等に付加される全体の応力が温度の高低等によって大きく変化し、この応力による反りの方向が変動するのを確実に防止でき、可動体を常に一定の方向に安定した状態で反らせることができる。

[0021] また、本発明によると、反り調整被膜は可動体を固定電極に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせる構成とするのが好ましい。

[0022] 本発明によれば、反り調整被膜は、可動体を固定電極に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせる構成としたので、可動体の中央部を周縁部よりも固定電極に近い位置に突出させること力 Sできる。これにより、可動体が傾いた状態で固定電極に向けて変位するときでも、可動電極の中央部と固定電極とをより近接させることができ、両者の間隔を十分に小さくすることができる。

[0023] 従って、可動電極が固定電極に対して近接，離間するときには、これらの間の静電容量を大きく変化させることができ、静電容量の変化に応じて各種のスィッチ動作を安定的に行うことができる。

[0024] また、本発明によると、反り調整被膜は可動体のうち固定電極に面した部位を圧縮応力をもって覆う絶縁被膜であり、可動電極は該絶縁被膜を介して前記可動体に配設し、前記絶縁被膜は圧縮応力により前記可動体と可動電極とを前記固定電極に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせる構成としてもよい。

[0025] 本発明によれば、可動電極は、反り調整被膜となる絶縁被膜を介して可動体に配設し、絶縁被膜は圧縮応力により可動体と可動電極とを固定電極に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせる構成としたので、可動体が固定電極の近傍に達したときには、可動電極の中央部と固定電極との間隔を十分に小さくすることができる。これにより、可動電極と固定電極との間の静電容量を大きく変化させて各種のスィッチ動作を安定的に行うことができる。

[0026] また、絶縁被膜により可動体と可動電極との間を絶縁できるので、例えば可動体に給電を行う場合でも、可動電極との間に他の絶縁構造を設ける必要がなくなり、これらの構造を簡略化することができる。

[0027] また、本発明によると、反り調整被膜は可動体を固定電極に向けて凹湾曲形状となる方向に反らせる構成としてもよレ、。

[0028] この場合、反り調整被膜は、可動体を固定電極に向けて凹湾曲形状となる方向に反らせる構成としたので、例えば可動体の傾きや周囲の温度変化等が存在する場合でも、可動電極と固定電極とを正確な位置関係をもって近接させることができ、これらの間の静電容量を可動体の位置に応じて高い精度で切換えることができる。

[0029] また、本発明によると、固定電極と可動電極のうち少なくとも一方の部材には、可動体が前記固定電極に向けて変位するときに他方の部材に当接する絶縁性のストッパを設ける構成とするのが好ましレ、。

[0030] 本発明によれば、固定電極と可動電極のうち少なくとも一方の部材には、可動体が固定電極に向けて変位するときに他方の部材に当接する絶縁性のストッパを設ける構成としたので、例えば固定電極にストッパを設ける構成とした場合には、可動体が固定電極に向けて変位するときに、可動電極をストツバに当接させることができる。

[0031] これにより、ストッパは、可動電極を固定電極と近接した所定の位置に安定的に保持でき、これらの間の位置関係 (静電容量)を正確に設定できると共に、可動電極が振動、衝撃等により誤って変位するのを防止でき、素子の耐振性を高めることができる。また、ストッパによって可動電極と固定電極との間を確実に絶縁でき、これらの短絡を防ぐことができる。

[0032] 一方、例えば可動電極にストッパを設ける構成とした場合には、可動体が固定電極に向けて変位するときに、ストッパを固定電極に当接させることができ、この場合にも同様に、可動電極と固定電極との位置関係をストツバによって正確に設定できると共に、両者の短絡を防止することができる。

[0033] また、本発明によると、ストッパは固定電極と可動電極とが対向する部位のうち一部分に配設する構成としてもよい。

[0034] 本発明によれば、ストッパは、固定電極と可動電極とが対向する部位のうち一部分に配設する構成としたので、可動電極が固定電極と近接する位置に達したときには、可動電極とストッパとが当接する面積ほたは固定電極とストッパとが当接する面積）を小さくすることができる。これにより、可動電極や固定電極がストツバと固着して可変容量素子が作動不良となるのを防止でき、素子の動作を安定させることができる。

[0035] また、ストツバ以外の位置では、可動電極と固定電極との間に隙間を形成できるから、例えば可動電極や固定電極に隙間の位置で加工誤差等による突部が存在してレ、たとしても、この突部が可動電極と固定電極との位置関係に影響を与えるのを防止すること力 Sできる。このため、ストッパによって可動電極や固定電極の加工誤差等を吸収でき、これらの位置関係を安定的に設定することができる。

[0036] また、本発明によると、固定電極は高周波信号を伝送する伝送線路により構成するのが好ましい。

[0037] 本発明によれば、固定電極は、高周波信号を伝送する伝送線路によって構成したので、可動体と可動電極とが伝送線路に対して近接，離間するときには、伝送線路を伝わる高周波信号を可動電極の位置で遮断したり、これを通過させることができ、高周波信号に対してスィッチ動作を行うことができる。

[0038] この場合、例えば可動体の傾きや周囲の温度変化等が存在する場合でも、反り調整被膜によって可動体の反りを常に一定方向に保持できるから、可動電極と固定電極とが近接したときの静電容量を正確な値に設定でき、この近接部位で伝送線路の共振周波数を所望の値に切換えることができる。これにより、高周波信号を通過，遮断するスィッチ動作を安定的に行うことができ、その動作特性を温度の変化等に対して良好に保持することができる。

[0039] さらに、本発明によると、基板には可動体を挟んで当該基板と反対側に他の基板を設け、前記他の基板には、駆動手段を構成し静電力により前記可動体を変位させる駆動電極を設ける構成としている。

[0040] 本発明によれば、可動体を挟んで基板と反対側に他の基板を設け、駆動手段は他の基板に設けた駆動電極により構成したので、駆動電極と可動体側との間に静電力を発生させることにより、可動体を固定電極に対して安定的に近接，離間させること力 s できる。

図面の簡単な説明 [0041] [図 1]図 1は本発明の第 1の実施の形態による可変容量型スィッチを一部破断して示す平面図である。

[図 2]図 2は可変容量型スィッチを図 1中の矢示 II一 II方向からみた断面図である。

[図 3]図 3は可動体、絶縁被膜、可動電極等を示す図 2中の要部拡大断面図である。

[図 4]図 4は可動体、絶縁被膜、可動電極等に反りが生じる状態を示す説明図である

[図 5]図 5は可動体等を信号通過位置に切換えた状態を示す断面図である。

[図 6]図 6は可変容量型スィッチの製造時に蓋体に駆動電極、ストツバ等を形成した状態を示す断面図である。

[図 7]図 7は蓋体とシリコン板とを接合する状態を示す断面図である。

[図 8]図 8は蓋体と接合したシリコン板に研磨加工を施す状態を示す断面図である。

[図 9]図 9は研磨加工したシリコン板に絶縁被膜を形成する状態を示す断面図である

[図 10]図 10は絶縁被膜の表面に可動電極を形成する状態を示す断面図である。

[図 11]図 11はシリコン板にエッチング力卩ェを施して可動体等を形成する状態を示す断面図である。

[図 12]図 12は可動体側の支持部に基板を接着する状態を示す断面図である。

[図 13]図 13は本発明の第 2の実施の形態による可変容量型スィッチを示す断面図である。

[図 14]図 14は本発明の第 3の実施の形態による可変容量型スィッチを示す断面図である。

[図 15]図 15は本発明の変形例による可変容量型スィッチを図 5と同様位置からみた断面図である。

符号の説明

[0042] 1 , 21, 31 可変容量型スィッチ（可変容量素子）

2 基板

3 伝送線路（固定電極）

4, 支持部 6, 6' , 32 可動体

6 A, 6 A' , 32Α 導体対向面

6Β, 6Β' , 32Β 背面

6C, 6C' ， 9A, 32C, 34A 中央部

6D， 6D ， 9B， 32D, 34B 周縁部

7, T 支持梁

8, 33 絶縁被膜 (反り調整被膜）

9, 34 可動電極

10, 10' ， 12 ス卜ッパ

11 蓋板 (他の基板）

13, 22 駆動電極 (駆動手段）

発明を実施するための最良の形態

[0043] 以下、本発明の実施の形態による可変容量素子を、添付図面を参照して詳細に説明する。

[0044] ここで、図 1ないし図 12は第 1の実施の形態を示し、本実施の形態では、可変容量素子として可変容量型スィッチを例に挙げて述べる。

[0045] 図中、 1は可変容量型スィッチ、 2は該可変容量型スィッチ 1の本体部分を構成する基板で、該基板 2は、図 1、図 2に示す如ぐ例えば高抵抗な単結晶のシリコン材料、絶縁性のガラス材料等によって形成されてレ、る。

[0046] 3は基板 2に設けられた固定電極としての伝送線路で、該伝送線路 3は、例えば複数の金属膜等からなり、マイクロ波、ミリ波等の高周波信号を伝送するコプレーナ線路として形成されている。そして、伝送線路 3は、図 1中の前，後方向に延びる中心導体 3Αと、該中心導体 3Αの左，右両側に配置され、グランドに接続される接地導体 3 Β, 3Βとにより構成されている。

[0047] 4は伝送線路 3の左，右両側に位置して基板 2に突設された例えば 2箇所の支持部で、該各支持部 4は、例えば低抵抗な単結晶のシリコン材料等からなり、エッチング加工等の手段を用いて後述の可動体 6、支持梁 7と一緒に形成されるものである。また、支持部 4は、例えばポリイミド系樹脂等の接着剤 5を用いて基板 2に固着されている。

[0048] 6は基板 2の表面側に変位可能に配置された可動体で、該可動体 6は、例えば低抵抗な単結晶のシリコン材料等からなり、例えば 20— 80 μ m程度の厚みを有する略四角形の板状に形成されている。

[0049] また、可動体 6は、後述の支持梁 7を介して基板 2上に支持され、伝送線路 3の長さ方向途中部位と対向している。そして、可動体 6は、基板 2と垂直な方向（伝送線路 3 に対して近接，離間する方向）に変位し、後述の可動電極 9によって伝送線路 3の高周波信号を遮断する信号遮断位置（図 2参照）と、高周波信号を通過させる信号通過位置（図 5参照）との間で上，下方向に移動する。

[0050] ここで、可動体 6のうち伝送線路 3の各導体 3A, 3Bと対向する部位は四角形状の導体対向面 6Aとなり、この導体対向面 6Aには後述の絶縁被膜 8と可動電極 9とが積層して設けられている。また、可動体 6のうち後述の蓋板 11と対向する部位は背面 6 Bとなっている。

[0051] また、可動体 6は、後述する絶縁被膜 8の圧縮応力が作用することにより、伝送線路 3に向けて凸湾曲形状となる方向（図 2中で下向きの凸湾曲形状となる方向）に反つた状態に常時保持されている。これにより、可動体 6の中央部 6Cは、その外側を取囲む周縁部 6Dと比較して、図 3中の寸法 t分だけ伝送線路 3に向けて突出している。

[0052] 7は可動体 6の四隅と各支持部 4との間に設けられた例えば 4本の支持梁で、該各支持梁 7は、例えば低抵抗な単結晶のシリコン材料等からなり、図 1、図 2に示す如く、クランク状に屈曲して形成されている。そして、支持梁 7は、基板 2と垂直な方向（図 2中の上，下方向）に橈み変形することにより、可動体 6を上，下方向に変位可能に支持している。

[0053] また、支持梁 7は、可動体 6が信号遮断位置にあるときに、伝送線路 3から離れる方向に橈み変形 (弾性変形)した状態に保持され、その復元力（ばね力）により可動体 6 等を伝送線路 3に向けて付勢している。これにより、後述の駆動電極 13と可動体 6との間に給電していないときに、可動体 6は、各支持梁 7のばね力により可動電極 9が後述のストッパ 10に当接する位置 (信号遮断位置)で静止状態に保持されている。

[0054] 一方、駆動電極 13と可動体 6との間に給電したときには、図 5に示す如ぐこれらの間に静電力が生じることにより、可動体 6、可動電極 9等が各支持梁 7のばね力に抗して伝送線路 3から離れる方向に変位し、これらは可動体 6の背面 6Bが後述のストツパ 12に当接する位置 (信号通過位置)で静止状態に保持されるものである。

[0055] 8は可動体 6の導体対向面 6Aに設けられた反り調整被膜としての絶縁被膜を示し、該絶縁被膜 8は、図 2ないし図 4に示す如ぐ例えば酸化シリコン (Si〇）等の絶縁

2

性を有する薄膜からなり、例えば 0. 1— 10 x m程度の厚みをもって可動体 6の導体対向面 6Aをほぼ全面にわたり覆っている。

[0056] そして、絶縁被膜 8は可動体 6と可動電極 9との間に介在し、これらの間を絶縁している。また、絶縁被膜 8は、可動体 6に圧縮応力を作用させることにより、可動体 6、絶縁被膜 8及び可動電極 9の全体に生じる反りの方向を調整し、これら全体を伝送線路 3に向けて凸湾曲形状に反った状態に常時保持している。

[0057] この場合、可動体 6、絶縁被膜 8及び可動電極 9は、可動体 6に絶縁被膜 8と可動電極 9とを形成するときに発生する内部応力に対して、これらの可動体 6、絶縁被膜 8 及び可動電極 9の熱膨張の差により生じる熱応力の寄与成分が小さくなるように形成され、これらの内部応力と熱応力とを合わせた全体の応力は、温度の変化等に対して常に可動体 6の反り方向を一方向に保持するように構成されている。

[0058] これにより、可変容量型スィッチ 1は、例えば一 50— 150°C程度の温度変化に対して、可動体 6等が伝送線路 3に向けて下向きに凸湾曲形状に反った状態を安定的に保持でき、この反りの方向が変化するのを防止することができる。

[0059] 9は可動体 6の導体対向面 6Aに絶縁被膜 8を介して設けられた可動電極で、該可動電極 9は、例えばチタン、クロム等の密着層と、白金、パラジウム等のバリア層と、金等の電極層とを積層した 3層の金属薄膜からなり、例えば 0. 1— 程度の厚みをもって形成されると共に、可動体 6の導体対向面 6Aを覆う位置に配設されてレ、る。

[0060] そして、可動電極 9は、信号遮断位置で伝送線路 3の途中部位に近接し、信号通過位置で伝送線路 3から離間することにより、伝送線路 3との間の静電容量を変化させる。これにより、伝送線路 3の共振周波数は、可動電極 9の位置に応じて変化し、伝送線路 3を伝わる高周波信号は、この共振周波数に応じて可動電極 9の位置で遮断されるか、またはこの位置を通過するようになるため、可動電極 9によってスィッチ動作を行うことができる。

[0061] この場合、可動電極 9は、絶縁被膜 8の圧縮応力により可動体 6と一緒に伝送線路 3に向けて凸湾曲形状に反った状態に保持され、その中央部 9Aは周縁部 9Bよりも伝送線路 3に向けて突出している。

[0062] このため、可動体 6が信号遮断位置にあるときには、周囲の温度等が変動したとしても、可動電極 9の中央部 9A等を伝送線路 3の中心導体 3Aと近接する所定の位置で安定に静止させることができる。この結果、信号遮断位置では、後述の如く可動電極 9と伝送線路 3との間の静電容量、伝送線路 3の共振周波数等を正確に設定でき、これによつて高周波信号を安定的に遮断することができる。

[0063] 10は伝送線路 3の複数個所に設けられた島状のストツバで、該各ストッパ 10は、例えば酸化シリコン等の絶縁膜をエッチング加工することにより形成され、図 2、図 3に示す如ぐ伝送線路 3の表面側の一部分に形成されている。そして、各ストッパ 10は、伝送線路 3の表面から可動電極 9に向けて上向きに突出し、この突出端には可動電極 9が信号遮断位置で当接している。これにより、ストッパ 10は、各支持梁 7のばね力により付勢された可動体 6、可動電極 9等を信号遮断位置で静止状態に保持し、この状態で伝送線路 3と可動電極 9との間を絶縁するものである。

[0064] 11は各支持部 4を介して基板 2に設けられた他の基板としての蓋板で、該蓋板 11 は、例えば絶縁性のガラス材料、高抵抗なシリコン材料等からなり、陽極接合等の手段によって各支持部 4の先端側に接合されると共に、可動体 6を挟んで基板 2と反対側に配置されている。

[0065] 12は可動体 6の背面 6Bと対向する位置で蓋板 11の複数個所に一体形成された島状のストツバで、該各ストッパ 12は、後述の駆動電極 13よりも可動体 6に近い位置に突出し、この突出端には可動体 6が信号通過位置で当接する構成となっている。そして、ストッパ 12は、駆動電極 13に引付けられた可動体 6、可動電極 9等を信号通過位置で静止状態に保持し、可動体 6と駆動電極 13との間を絶縁するものである。

[0066] 13は例えば金属膜等を用いて蓋板 11に設けられた駆動手段としての駆動電極で、該駆動電極 13は各ストッパ 12の間に配置され、可動体 6の背面 6Bと対向している。そして、駆動電極 13は、蓋板 11に設けられた引出電極 14を介して電源 15に接続されている。また、電源 15は、他の引出電極 14、支持部 4、支持梁 7等を介して可動体 6と接続されている。そして、電源 15により駆動電極 13と可動体 6との間に給電したときには、これらの間に静電力が生じることにより、可動体 6等が信号通過位置に向けて変位する構成となってレ、る。

[0067] 本実施の形態による可変容量型スィッチ 1は上述の如き構成を有するもので、次に、可変容量型スィッチ 1をシャントスイッチとして使用した場合を例に挙げ、その作動について説明する。

[0068] まず、可動体 6が信号遮断位置にあるときに、電源 15により駆動電極 13と可動体 6 との間に給電すると、これらの間に生じる静電力によって可動体 6が駆動される。そして、可動体 6、可動電極 9等は、伝送線路 3から離間する方向に変位し、ストツバ 12に押付けられた信号通過位置で静止する。

[0069] これにより、可動電極 9は伝送線路 3から離れた位置に保持され、これらの間の静電容量が減少するため、両者の対向部位のインピーダンスは、伝送線路 3のインピーダンス（例えば、 50 Ω程度）と比較して十分に高い値となる。このため、伝送線路 3を伝わる高周波信号は可動電極 9の位置を通過できるようになり、可変容量型スィッチ 1は閉成（ON)状態となる。

[0070] また、電源 15による給電を停止したときには、可動体 6が各支持梁 7のばね力により伝送線路 3に近接する方向に駆動される。これにより、可動電極 9は、ストッパ 10に押付けられた信号遮断位置で静止し、伝送線路 3と近接した状態に保持される。この結果、可動電極 9の近傍における伝送線路 3の共振周波数は、可動電極 9と伝送線路 3との間の静電容量と、可動電極 9のインダクタンスとに応じて定められる所定の周波数値に変化する。

[0071] そして、この共振周波数の周波数値を、例えば伝送線路 3を伝わる高周波信号の周波数と等しくなるように予め設定しておくことにより、可動電極 9の近傍で伝送線路 3のインピーダンスが極小値となり、伝送線路 3を伝わる高周波信号は可動電極 9の位置で遮断 (反射）されるようになる。これにより、可変容量型スィッチ 1を開成（OFF) 状態に切換えることができる。

[0072] この場合、可動体 6、絶縁被膜 8及び可動電極 9は、絶縁被膜 8の圧縮応力により常に伝送線路 3に向けて凸湾曲形状に反った状態となっている。このため、可動体 6 を信号遮断位置に切換えたときには、可動電極 9の中央部 9A等を伝送線路 3の中心導体 3Aと近接する正確な位置に安定的に保持することができる。

[0073] これにより、可動体 6が信号遮断位置となったときには、可動電極 9と伝送線路 3との間の静電容量が所定の容量値となるように、静電容量を正確に変化させることができ、この静電容量の値に応じて伝送線路 3の共振周波数を高い精度で設定することができる。この結果、可動体 6が信号遮断位置にあるときの共振周波数と、伝送線路 3を伝わる高周波信号の周波数とを一致させることができ、これによつて信号の遮断動作を確実に行うことができる。

[0074] 次に、図 6ないし図 12を参照しつつ、可変容量型スィッチ 1の製造方法について述ベる。

[0075] まず、図 6に示す蓋板形成工程では、例えば絶縁性のガラス板、高抵抗なシリコン板等に加工を施すことにより、ストッパ 12、駆動電極 13等が設けられた蓋板 11を形成する。

[0076] また、図 7に示すシリコン板接合工程では、例えば 100 μ m以上の厚みをもつ単結晶のシリコン板 16等に一定の深さをもつ凹部 16Aを予め形成しておき、このシリコン板 16と蓋板 11とを陽極接合等の手段によって接合する。次に、図 8に示す研磨工程では、シリコン板 16を蓋板 11と反対側力研磨加工し、その厚みを 20— 80 /i m程度に形成する。

[0077] 次に、図 9に示す絶縁被膜形成工程では、シリコン板 16の研磨加工した面に対して、例えばスパッタ法、熱酸化法等の手段によって酸化シリコンの被膜を形成し、この被膜を所定の形状にエッチングカ卩ェすることにより、絶縁被膜 8を形成する。

[0078] そして、図 10に示す電極形成工程では、絶縁被膜 8の表面に対して、例えば金、白金、パラジウム、チタン、クロム等を含んだ金属膜を蒸着等の手段によって形成し、この金属膜を所定の形状にエッチング加工することにより、可動電極 9を形成する。

[0079] この場合、絶縁被膜形成工程と電極形成工程では、例えば絶縁被膜 8及び可動電極 9の厚み、形成範囲等を適切に設定することにより、絶縁被膜 8の圧縮応力によつて可動電極 9の引張応力が打消され、可動体 6、絶縁被膜 8及び可動電極 9による全体の応力がこれらを下向きの凸湾曲形状に反らせるようにする。

[0080] 次に、図 11に示す可動体形成工程では、シリコン板 16に対して、例えば反応性ィオンエッチング等のエッチング加工を施すことにより、シリコン板 16を所定の形状にパターン成形し、その一部を用いて各支持部 4、可動体 6及び支持梁 7を形成する。これにより、パターン成形された可動体 6は、絶縁被膜 8の圧縮応力により下向きの凸湾曲形状に反った状態となる。

[0081] そして、図 12に示す基板接着工程では、基板 2の表面側に各種の成膜法、エッチングカ卩ェ等を施すことにより、伝送線路 3、ストツバ 10等を予め形成しておき、この基板 2を各支持部 4の端面に接着剤 5を用レ、て接着する。さらに、前述した各工程のうち適切な段階で引出電極 14を形成することにより、可変容量型スィッチ 1を製造すること力 Sできる。

[0082] 力べして、本実施の形態によれば、可動体 6の導体対向面 6Aには、反り調整被膜としての絶縁被膜 8を設ける構成としたので、この絶縁被膜 8により可動体 6と可動電極 9とを常に下向きの凸湾曲形状となる一定の方向に反らせることができ、可動体 6が伝送線路 3の近傍に変位したときには、可動電極 9を伝送線路 3の中心導体 3A等と近接した所定の位置に安定的に保持することができる。

[0083] これにより、例えば可動体 6がある程度傾いた状態で伝送線路 3に近接する場合でも、可動電極 9の中央部 9Aと伝送線路 3の中心導体 3A等とを正確な位置関係をもつて近接させることができる。また、例えば周囲の温度が大きく変化する場合でも、絶縁被膜 8は、可動体 6と可動電極 9との熱膨張の差によってこれらの反りの方向が変化したり、この変化に伴って可動電極 9と伝送線路 3との位置関係がずれるのを防止すること力 Sできる。

[0084] 従って、可動電極 9と伝送線路 3とが近接したときの静電容量を正確な値に設定でき、これらの間の静電容量を可動体 6の位置に応じて高い精度で切換えることができる。これにより、高周波信号に対するスィッチ動作を安定的に行うことができ、その動作特性を温度の変化等に対して良好に保持できると共に、スィッチとしての性能や信頼性を向上させることができる。

[0085] この場合、可動体 6と絶縁被膜 8とは、内部応力と熱応力とを合わせた全体の応力が温度変化に対して常に可動体 6の反り方向を一定に保つように形成したので、可動体 6、絶縁被膜 8等に付加される全体の応力が温度の高低等によって大きく変化し、この応力による反りの方向が変動するのを確実に防止でき、可動体 6と可動電極 9 とを常に一定の方向に安定した状態で反らせることができる。

[0086] しかも、絶縁被膜 8は、圧縮応力により可動体 6と可動電極 9とを伝送線路 3に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせるようにしたので、これらの中央部 6C, 9Aを周縁部 6D， 9Bよりも伝送線路 3に近い位置に突出させることができる。これにより、可動体 6が伝送線路 3に向けて変位するときには、可動電極 9の中央部 9Aと伝送線路 3とをより近接させることができ、両者の間隔を十分に小さくすることができる。従って、可動電極 9が伝送線路 3に対して近接，離間するときには、これらの間の静電容量を大きく変化させることができ、静電容量の変化に応じてスィッチ動作を安定的に行うことができる。

[0087] また、可動電極 9は、絶縁被膜 8を介して可動体 6に配設したので、絶縁被膜 8により可動体 6と可動電極 9の反りの方向を調整しつつ、これらの間を絶縁することができる。これにより、電源 15から給電される可動体 6と、可動電極 9との間に他の絶縁構造等を設ける必要がなくなり、これらの構造を簡略化することができる。

[0088] 一方、伝送線路 3には絶縁性のストッパ 10を設けたので、可動体 6が伝送線路 3に向けて変位するときには、可動電極 9をストッパ 10に当接させることができる。これにより、ストッパ 10は、可動電極 9を伝送線路 3と近接した信号遮断位置に安定的に保持でき、これらの間の位置関係 (静電容量)を正確に設定できると共に、可動電極 9 が振動、衝撃等により誤って変位するのを防止でき、耐振性を高めることができる。そして、ストッパ 10によって可動電極 9と伝送線路 3との間を確実に絶縁でき、これらの短絡を防ぐことができる。

[0089] この場合、各ストッパ 10を島状に形成し、これらを伝送線路 3の表面のうち一部分に配設したので、可動電極 9が信号遮断位置に達したときには、可動電極 9と各ストツパ 10とが当接する面積を小さくすることができ、これらが固着して可変容量型スィッチ 1が作動不良となるのを防止することができる。

[0090] また、各ストッパ 10以外の位置では、可動電極 9と伝送線路 3との間に隙間を形成できるから、例えば可動電極 9や伝送線路 3に隙間の位置で加工誤差等による突部が存在していたとしても、この突部が可動電極 9と伝送線路 3との位置関係（両者間のギャップの寸法）に影響を与えるのを防止することができる。このため、ストッパ 10 によって可動電極 9や伝送線路 3の加工誤差等を吸収でき、これらの位置関係を安定的に設定することができる。

[0091] また、基板 2には、可動体 6を挟んで当該基板 2と反対側に蓋板 11を設け、この蓋板 11に島状をなす絶縁性のストッパ 12を設けたので、これらのストッパ 12は、ストツパ 10の場合とほぼ同様に、可動電極 9を伝送線路 3から離間した信号通過位置に安定的に保持でき、この状態で可動体 6と駆動電極 13との間を確実に絶縁できると共に、可動体 6がストツバ 12に固着するのを防止することができる。この場合、ストツバ 1 2は、蓋板 11と一体形成したので、これらの加工、形成を効率よく行うことができる。

[0092] 次に、図 13は本発明による第 2の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、可動体にも駆動電極を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では前記第 1 の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

[0093] 21は可変容量型スィッチで、該可変容量型スィッチ 21は、第 1の実施の形態とほぼ同様に、基板 2、伝送線路 3、支持部^ 、可動体 6' 、支持梁 7' 、絶縁被膜 8、可動電極 9、駆動電極 13等により構成され、可動体は、導体対向面、背面 6B' 、中央部 6 及び周縁部 6D' を有している。

[0094] しかし、可動体 6' の背面には、例えば金属膜等を用いて可動側の駆動電極

22が設けられ、この駆動電極 22は、固定側の駆動電極 13と共に駆動手段を構成している。また、駆動電極 22は、支持部と支持梁とに沿って設けられた配線パターン 23 (—部のみ図示）等を介して引出電極 14と接続されてレ、る。

[0095] そして、可変容量型スィッチ 21を切換えるときには、電源 15により駆動電極 13, 22 の間に給電し、これらの間に静電力を発生することにより、可動体等を信号通過位置に変位させるものである。

[0096] 力、くして、このように構成される本実施の形態でも、第 1の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、可動体 6' の背面 6B ' に可動側の駆動電極 22を設ける構成としたので、可変容量型スィッチ 21を切換えるときには、固定側の駆動電極 13と可動側の駆動電極 22との間に給電することにより、可動体等を信号通過位置へと円滑に変位させることができる。

[0097] これにより、例えば支持部、可動体、支持梁等には、導電性をもたせる必要がなくなるから、これらの部材を絶縁性材料によって形成することもでき、設計自由度を高めることができる。

[0098] 次に、図 14は本発明による第 3の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、可動体を固定電極に向けて凹湾曲形状となる方向に反らせる構成としたことにある。なお、本実施の形態では前記第 1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

[0099] 31は可変容量型スィッチで、該可変容量型スィッチ 31は、第 1の実施の形態とほぼ同様に、基板 2、伝送線路 3、支持梁 7、駆動電極 13と、後述の可動体 32、絶縁被膜 33、可動電極 34等とにより構成されている。

[0100] 32は基板 2の表面側に変位可能に配置された可動体で、該可動体 32は、第 1の実施の形態とほぼ同様に、例えば単結晶のシリコン材料等からなり、導体対向面 32 A、背面 32B、中央部 32C及び周縁部 32Dを有する略四角形の板状に形成されると共に、各支持梁 7により基板 2と垂直な方向に変位可能に支持されている。

[0101] また、可動体 32の導体対向面 32Aには、第 1の実施の形態とほぼ同様の絶縁被膜 33と可動電極 34とが積層されているものの、これらは両方とも可動体 32に引張応力を付加する構成となっている。

[0102] これにより、可動体 32と可動電極 34とは、伝送線路 3に向けて凹湾曲形状となる方向（図 14中で上向きの凸湾曲形状となる方向）に反った状態に常時保持され、これらの中央部 32C， 34Aは周縁部 32D, 34Bよりも上向きに突出している。

[0103] 力、くして、このように構成される本実施の形態でも、第 1の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。

[0104] なお、前記第 1，第 2の実施の形態では、可動体 6, 6' の導体対向面 6A, 6A に絶縁被膜 8を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば可動体 6， 6 ' の背面 6B, に反り調整被膜を設け、この反り調整被膜の引張応力により可動体を伝送線路に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせる構成としてもよい。

[0105] また、実施の形態では、反り調整被膜として、例えば酸化シリコン等からなる絶縁被膜 8, 33を用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば窒化シリコン（S iN)等を含めて他の絶縁材料により反り調整被膜を構成してもよい。さらに、可動体 6 と可動電極 9との絶縁構造に反り調整被膜を利用しない場合には、反り調整被膜を導電性材料によって構成してもよレヽ。

[0106] また、実施の形態では、伝送線路 3にストッパ 10を突設する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図 15に示す変形例のように構成してもよい。この場合、可動電極 9の表面には、伝送線路 3側のストツバ 10に代えて各ストッパ liy が突設されている。さらに、本発明では、ストッパ 10, ic を両方とも設ける構成としてもよレ、。

[0107] また、実施の形態では、酸化シリコン等の絶縁膜をエッチング加工することにより島状の各ストッパ 10を構成した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば酸化シリコン以外の絶縁性材料を用いる構成としてもよい。また、例えば伝送線路 3を覆う絶縁膜を形成し、この絶縁膜をエッチング加工することなぐ絶縁膜全体をそのままストッパとして用いる構成としてもよい。

[0108] また、各実施の形態では、蓋板 11に駆動電極 13を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば特開 2000-188050号公報等に示すように、基板に駆動電極を設け、蓋板等を用いない構成としてもよい。この場合、駆動電極は、固定電極と異なる位置で可動体と対向し、静電力によって可動体を変位させる構成となっている。

[0109] また、実施の形態では、可変容量素子として、高周波信号用の可変容量型スィッチ 1 , 21 , 31を例に挙げて述べた。しかし、本発明はこれに限らず、例えば固定電極と可動電極とにより形成されるコンデンサの静電容量値を可動体の位置に応じて切換える構成とした可変容量コンデンサに適用してもよい。

[0110] さらに、実施の形態では、伝送線路 3として、コプレーナ線路を例に挙げて述べた。

しかし、本発明はこれに限らず、例えばスロット線路等を含めて各種の伝送線路に適用する構成としてもよい。

Claims

請求の範囲

[1] 基板と、該基板に設けられた固定電極と、該固定電極と対向する位置で前記基板に変位可能に設けられ該固定電極と近接，離間する板状の可動体と、該可動体のうち前記固定電極に面した部位に設けられ該可動体が前記固定電極と近接，離間するときに前記固定電極との間で静電容量が変化する可動電極と、前記可動体を前記固定電極と近接または離間する方向に駆動する駆動手段とから構成してなる可変容量素子において、

前記可動体には、前記可動体の中央部が周縁部に対して反る方向を前記固定電極に向けて凸湾曲形状となる方向と前記固定電極に向けて凹湾曲形状となる方向のうちいずれか一方向に常時保持する反り調整被膜を設ける構成としたことを特徴とする可変容量素子。

[2] 前記可動体と反り調整被膜とは、前記可動体に反り調整被膜を形成するときに発生する内部応力と、前記可動体と反り調整被膜との熱膨張の差により生じる熱応力とを合わせた応力を全体の応力とすると、当該全体の応力が温度変化に対して常に前記可動体の反り方向を一方向に保持するように構成してなる請求項 1に記載の可変容量素子。

[3] 前記反り調整被膜は前記可動体を前記固定電極に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせる構成としてなる請求項 1または 2に記載の可変容量素子。

[4] 前記反り調整被膜は前記可動体のうち前記固定電極に面した部位を圧縮応力をもつて覆う絶縁被膜であり、前記可動電極は該絶縁被膜を介して前記可動体に配設し、前記絶縁被膜は圧縮応力により前記可動体と可動電極とを前記固定電極に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせる構成としてなる請求項 1または 2に記載の可変容量素子。

[5] 前記反り調整被膜は前記可動体を前記固定電極に向けて凹湾曲形状となる方向に反らせる構成としてなる請求項 1または 2に記載の可変容量素子。

[6] 前記固定電極と可動電極のうち少なくとも一方の部材には、前記可動体が前記固定電極に向けて変位するときに他方の部材に当接する絶縁性のストッパを設けてなる請求項 1, 2, 3, 4または 5に記載の可変容量素子。前記ストッパは前記固定電極と可動電極とが対向する部位のうち一部分に配設してなる請求項 6に記載の可変容量素子。

前記固定電極は高周波信号を伝送する伝送線路である請求項 1， 2, 3, 4， 5， 6または 7に記載の可変容量素子。

前記基板には前記可動体を挟んで当該基板と反対側に他の基板を設け、前記他の基板には、前記駆動手段を構成し静電力により前記可動体を変位させる駆動電極を設けてなる請求項 1 , 2, 3， 4, 5, 6， 7または 8に記載の可変容量素子。