(57)【要約】【課題】低駆動電圧でも安定的に駆動できるスイッチパッド及びそれを備えたマイクロスイッチを提供すること。【解決手段】スイッチパッドは、中心から周辺に行くほど基板に設けられた静電駆動部からさらに離間して形成された本体を含む。これにより、スプリング構造体の第１及び第２のスプリングの回転歪み強度を低くする必要がないだけでなく、第１及び第２のスプリングの回転歪み強度を低くした場合に生じる振動環境に弱くなるという問題を防止できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号線と接触するか、或いは離間して信号の流れをスイッチングするマイクロスイッチのスイッチパッドにおいて、
支持中心から周辺に行くほど基板に設けられた静電駆動部からさらに離間して形成された本体を含むことを特徴とするスイッチパッド。
【請求項２】
前記本体は、階段形態に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のスイッチパッド。
【請求項３】
前記本体は、曲線形態に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のスイッチパッド。
【請求項４】
基板と、
前記基板上に設けられた少なくとも１つの信号線と、
前記基板上に設けられた少なくとも１つの静電駆動部と、
支持中心から周辺に行くほど前記静電駆動部からさらに離間して形成された本体を備え、前記静電駆動部の動作によって前記信号線と接触するか、或いは離間して信号の流れをスイッチングするスイッチパッドと、
前記スイッチパッドを前記基板に回動できるように支持するスプリング構造体と、
を含むことを特徴とするマイクロスイッチ。
【請求項５】
前記本体は、階段形態に形成されたことを特徴とする請求項４に記載のマイクロスイッチ。
【請求項６】
前記本体は、曲線形態に形成されたことを特徴とする請求項４に記載のマイクロスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）スイッチのような静電気力（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｆｏｒｃｅ）によって駆動されるマイクロスイッチに係り、より詳しくは、信号の流れをスイッチングするスイッチパッド及びそれを備えたマイクロスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＲＦスイッチのようなＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を使用するマイクロスイッチは、信号線と接触するか、或いは離間して信号の流れをスイッチングするスイッチパッドを備える。こうしたスイッチパッドは、スプリングによって支持され、静電駆動部に印加される駆動電圧がよって、信号線と接触するか、或いは離間するように駆動される。
【０００３】
図１は、代表的なＲＦスイッチの１つの例を概略的に示す。
このＲＦスイッチ１は、信号線３２、３３と接触するか或いは離間して信号の流れをスイッチングするスイッチパッド１６と、スイッチパッド１６を駆動する静電駆動部１２と、及びスイッチパッド１６を弾性的に支持するスプリング構造体１０とを備える。
スイッチパッド１６は、金属層２８の上下両面にシリコン窒化膜のような第１及び第２の絶縁層２７、２９を重ねて取り付けた多重薄膜から構成され、両側端部１６ａ、１６ｂの下面に信号線３２、３３の第１及び第２のスイッチング端子（３２ａ、３２ｂ（図２Ａ参照）；３３ａ、３３ｂ）と接触するか、或いは離間して信号の流れを導通させるか、或いは短絡させる第１及び第２の端子連結部３０ａ、３０ｂをそれぞれ形成している。
【０００４】
静電駆動部１２は、基板１１上で第１及び第２の信号線３２、３３の内側に設けられ、導電性を有する金属で形成される第１及び第２の駆動電極１３、１４から構成される。
スプリング構造体１０は、第１及び第２の支持ポスト２１ａ、２１ｂと、第１及び第２のスプリング２２、２３とを備える。
第１及び第２の支持ポスト２１ａ、２１ｂは、それぞれスイッチパッド１６の上側面１６ｃと下側面１６ｄの近傍において、基板１１に形成されたグラウンド１５に設けられ、垂直に突出している。第１及び第２の支持ポスト２１ａ、２１ｂの上部２１ａ’、２１ｂ’は、スイッチパッド１６のように金属層２８の上下両面にシリコン窒化膜のような第１及び第２の絶縁層２７、２９を重ねて取り付けた多重薄膜で構成される。
【０００５】
第１及び第２のスプリング２２、２３は、それぞれスイッチパッド１６の上側面１６ｃ及び下側面１６ｄと第１及び第２の支持ポスト２１ａ、２１ｂの上部２１ａ’、２１ｂ’の間に連結されている。第１及び第２のスプリング２２、２３は、スイッチパッド１６と第１及び第２の支持ポスト２１ａ、２１ｂの上部２１ａ’、２１ｂ’の金属層２８と同一の金属で形成される。
【０００６】
このような従来のＲＦスイッチ１は、スイッチパッド１６が平面形状に形成されており、また両側端部１６ａ、１６ｂの下面に第１及び第２のスイッチング端子（３２ａ、３２ｂ；３３ａ、３３ｂ）と接触するか、或いは離間する第１及び第２の端子連結部３０ａ、３０ｂを形成しているので、図２Ａに示したように、第１及び第２の駆動電極１３、１４に駆動電圧が印加されていないとき、第１及び第２の端子連結部３０ａ、３０ｂを第１及び第２のスイッチング端子（３２ａ、３２ｂ；３３ａ、３３ｂ）と接触させないためには初期状態でスイッチパッド１６と第１及び第２の駆動電極１３、１４の間の距離（ｄ）が所定範囲以上に長く維持されるように作成しなければならない。
【０００７】
このようにスイッチパッド１６と第１及び第２の駆動電極１３、１４の間の距離（ｄ）が所定範囲以上に離れている場合、第１及び第２の駆動電極１３、１４、例えば図２Ｂに示したように、第２の駆動電極１４に駆動電圧が印加されるとき、スイッチパッド１６と第２の駆動電極１４との間に発生する静電気力が低下する。その結果、スイッチパッド１６は、スプリング構造体１０の第１及び第２のスプリング２２、２３の回転歪み強度に対抗して安定的に駆動できない。従って、スイッチパッド１６を安定して駆動するためには、第１及び第２の駆動電極１３、１４に印加する駆動電圧を高めるか、或いは第１及び第２のスプリング２２、２３の回転歪み強度を低めなければならない。
【０００８】
しかしながら、第１及び第２の駆動電極１３、１４に印加される駆動電圧が高まれれば、電力消費が増加するだけでなく、低駆動電圧で駆動されるＲＦスイッチ１が求められる無線通信システム、アンテナチューナー、送／受信機、フェーズドアレイアンテナ（ｐｈａｓｅｄ  ａｒｒａｙ  ａｎｔｅｎｎａ）のようなシステム又はモジュールに使用することが困難となる。
【０００９】
また、第１及び第２のスプリング２２、２３の回転歪み強度を低くすると、第１及び第２の駆動電極１３、１４に駆動電圧が印加されない状態で、第１又は第２の端子連結部（３０ａ、又は３０ｂ）を第１又は第２のスイッチング端子（３２ａ、３３ａ；又は３２ｂ、３３ｂ）と接触しないように維持する第１及び第２のスプリング２２、２３の力が弱くなり、それによりＲＦスイッチ１が振動環境に弱くなるという問題点が生じる。
【００１０】
このように、システムやモジュールの駆動電圧基準を充足する低駆動電圧で駆動できるだけでなく、第１及び第２のスプリング２２、２３の回転歪み強度を低くすることなく、安定的に駆動できる新しいＲＦスイッチ開発の必要性が増加している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、低駆動電圧でも安定的に駆動できるスイッチパッド及びそれを備えたマイクロスイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した本発明の目的を達成するための一実施形態によるスイッチパッドは、信号線と接触するか、或いは離間して信号の流れをスイッチングするマイクロスイッチのスイッチパッドにおいて、支持中心から周辺に行くほど基板に設けられた静電駆動部からさらに離間して形成された本体を含むことを特徴とする。
好適な実施形態において、本体は、階段形態に形成されることが好ましい。
【００１３】
また、本体は、曲線形態に形成することも可能である。
本発明の他の実施形態によるマイクロスイッチは、基板と、基板上に設けられた少なくとも１つの信号線と、基板上に設けられた少なくとも１つの静電駆動部と、支持中心から周辺に行くほど静電駆動部からさらに離間して形成された本体を備え、静電駆動部の動作によって信号線と接触するか、或いは離間して信号の流れをスイッチングするスイッチパッドと、及びスイッチパッドを基板に回動できるように支持するスプリング構造体とを含むことを特徴とする。
【００１４】
好適な実施形態において、本体は階段形態に形成されることが好ましい。
また、本体は、曲線形態に形成することも可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るスイッチパッド及びそれを備えたマイクロスイッチは、スイッチパッドの本体が、中心から周辺に行くほど基板に設けられた静電駆動部の第１及び第２の駆動電極からさらに離間するように形成された構造を有することによって、第１及び第２の駆動電極に印加される駆動電圧は、従来の平面形状のスイッチパッドを備えるＲＦスイッチの場合より顕著に減少する。従って、従来のＲＦスイッチと同一であるか、或いはそれより一定限度範囲内で低い駆動電圧を第１及び第２の駆動電極に印加しても、スイッチパッドの本体と第１及び第２の駆動電極との間に発生する静電気力は、従来のＲＦスイッチに比べて大きくなる。従って、スイッチパッドの本体を安定的に駆動するため、スイッチパッドの本体を支持するスプリング構造体の第１及び第２のスプリングの回転歪み強度を低くする必要がないだけでなく、第１及び第２のスプリングの回転歪み強度を低くすることにより振動環境に弱くなるという問題を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付した図面に基づいて、本発明に係るスイッチパッド及びそれを備えたマイクロスイッチについて詳細に説明する。
図４は、本発明の好適な実施形態によるスイッチパッドが適用されたマイクロスイッチを概略的に示す図である。
本発明のスイッチパッドが適用されたマイクロスイッチは、信号の流れをスイッチングするＲＦスイッチ１００である。
【００１７】
ＲＦスイッチ１００は、基板１１１と、第１及び第２の信号線１３２、１３３と、静電駆動部１１２と、スイッチパッド１１６と、スプリング構造体１１０とを備える。
第１及び第２の信号線１３２、１３３は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）のような導電性金属で形成され、基板１１１の上面両側に設けられる。第１及び第２の信号線１３２、１３３のそれぞれは、後述するスイッチパッド１１６の第１及び第２の端子連結部（１３０ａ、又は１３０ｂ）と接触するか、或いは離間する第１及び第２のスイッチング端子（１３２ｂ（図５Ａ及び図５Ｂに１つのみ示す）；又は１３３ａ、１３３ｂ）を備える。
【００１８】
静電駆動部１１２は、基板１１１上で第１及び第２の信号線１３２、１３３の内側に設けられた第１及び第２の駆動電極１１３、１１４から構成される。第１及び第２の駆動電極１１３、１１４は、それぞれ金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）のような良好な導電性を有する金属で形成される。
スイッチパッド１１６は、第１及び第２の信号線１３２、１３３の第１及び第２のスイッチング端子（１３２ｂ；１３３ａ、１３３ｂ）と接触するか、或いは離間して信号の流れをスイッチングするものであり、後述するスプリング構造体１１０の第１及び第２のスプリング１２２、１２３によって基板１１１上に弾性的に支持された本体１１７から構成される。
【００１９】
本体１１７は、アルミニウム（Ａｌ）のような金属で形成される金属層１２８、及び金属層１２８の上下両面に付着されたシリコン窒化膜のような絶縁材で構成される第１及び第２の絶縁層１２７、１２９を含む多重薄膜で形成される。
本体１１７は、第１及び第２の端部１１７ａ、１１７ｂの下面にコ字状の第１及び第２の端子連結部１３０ａ、１３０ｂをそれぞれ備えている。第１及び第２の端子連結部１３０ａ、１３０ｂは、それぞれ第１及び第２の信号線１３２、１３３の第１及び第２のスイッチング端子（１３２ｂ；１３３ａ、１３３ｂ）と接触するか、或いは離間して、第１及び第２のスイッチング端子（１３２ｂ；１３３ａ、１３３ｂ）を互いに連結するか、或いは遮断するものであり、良好な導電性を有する金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）のような金属で形成される。
【００２０】
本体１１７は、静電駆動部１１２の第１及び第２の駆動電極１１３、１１４に低駆動電圧が印加されても安定的に駆動できるように、第１及び第２のスプリング１２２、１２３に支持された中心部から周辺に行くほど、第１及び第２の駆動電極１１３、１１４からさらに離間して形成される。
より詳細に説明すれば、一般に、図３Ａに示したように、電位差がある２つの電極２００、３００の間の静電気力（Ｆｅ）は、次の式１の通り、誘電率（ε0＝８．８５×１０-12Ｆ／ｍ；空気中誘電率）と断面積（Ａ）に比例し、電源供給部２５０から供給される駆動電圧（Ｖ）の二乗に比例し、２つの電極２００、３００の間の距離（ｄ’）の二乗に反比例する。
【００２１】
【数１】
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従って、２つの電極２００、３００の断面積（Ａ）が同一の条件で、２つの電極２００、３００の間の距離（ｄ’）が離れると、静電気力（Ｆｅ）が低下する。また、図３Ｂに示したように、回転軸４０１を中心に回転運動する構造物４００が、所定の角度（θ）だけ回転するとき、構造物４００の所定地点での変位（ｄ１、ｄ２、ｄ３）は回転軸４０１での距離（ｘ１、ｘ２、ｘ３）に比例して増加する。
【００２２】
これにより、図５Ａに示したように、初期状態で本体１１７と第１及び第２の駆動電極１１３、１１４との間の距離（ｄ１’、ｄ２’、ｄ３’）を、第１及び第２のスプリング１２２、１２３に支持された中心部での距離（ｘ１’、ｘ２’、ｘ３’）に比例して増加すると、第１及び第２の駆動電極１１３、１１４に駆動電圧が印加されないとき、第１及び第２の端子連結部１３０ａ、１３０ｂがそれぞれ第１及び第２のスイッチング端子（１３２ｂ；１３３ａ、１３３ｂ）と接触することなく、しかも本体１１７と第１及び第２の駆動電極１１３、１１４との間に作用する静電気力の効率を極めて高めることができる。
【００２３】
従って、本実施形態では、本体１１７において、第１及び第２のスプリング１２２、１２３に支持された中心部から離れている部分が、中心部の近傍にある部分より第１及び第２の駆動電極１１３、１１４との距離（ｄ１’、ｄ２’、ｄ３’）が長くなるような階段形状に形成することとする。
この他にも、図６Ａ及び図６Ｂに示したように、スイッチパッド１１６’の本体１１７’において、第１及び第２の駆動電極１１３、１１４との距離が第１及び第２のスプリング１２２、１２３に支持された中心部から周辺に行くほど漸進的に上昇する曲線形態に形成することも可能である。
【００２４】
このように、本体１１７において、第１及び第２の駆動電極１１３、１１４との距離が中心部から周辺に行くほどさらに離間するような構成とすることによって、図１〜図２Ｂを参照して説明した従来のＲＦスイッチ１のスイッチパッド１６の第１及び第２の駆動電極１３、１４との距離（ｄ）と同一の条件で作成された本体１１７を駆動する場合に比して、第１及び第２の駆動電極１１３、１１４に印加される駆動電圧は顕著に減少する。
【００２５】
また、従来のＲＦスイッチ１の第１及び第２の駆動電極１３、１４に印加される駆動電圧と同一であるか、それより一定限度範囲内で低い駆動電圧を、第１及び第２の駆動電極１１３、１１４に印加しても、本体１１７と第１及び第２の駆動電極１１３、１１４との間に発生する静電気力は、従来のＲＦスイッチ１に比べて大きくなる。従って、本体１１７を安定的に駆動するために、第１及び第２のスプリング１２２、１２３の回転歪み強度を低くする必要がない。また、第１及び第２のスプリング１２２、１２３の回転歪み強度を低くすると、第１及び第２のスプリング１２２、１２３が第１及び第２の端子連結部１３０ａ、１３０ｂを第１及び第２のスイッチング端子（１３２ｂ；１３３ａ、１３３ｂ）と接触しないように維持する力が弱くなり、振動環境に弱くなるという問題があるが、このことを防止できる。
【００２６】
スイッチパッド１１６の本体１１７は、製造時に下部の第１及び第２の信号線１３２、１３３、第１及び第２の駆動電極１１３、１１４などを形成するエッチング工程を容易に行うために多数のエッチングホール１４１を備える構成とすることができる。
スプリング構造体１１０は、スイッチパッド１１６の本体１１７を基板１１１に弾性的に支持するものであり、第１及び第２の支持ポスト１２１ａ、１２１ｂと第１及び第２のスプリング１２２、１２３とを備える。
【００２７】
第１及び第２の支持ポスト１２１ａ、１２１ｂは、それぞれ本体１１７の上側面１１７ｃと下側面１１７ｄの近傍で基板１１１に形成されたグラウンド１１５に設けられ、垂直に突出している。
第１及び第２の支持ポスト１２１ａ、１２１ｂの上部１２１ａ’、１２１ｂ’は、スイッチパッド１１６の本体１１７と同様に、アルミニウム（Ａｌ）のような金属で形成された金属層１２８の上下両面に、シリコン窒化膜のような絶縁材で形成される第１及び第２の絶縁層１２７、１２９を重ねて取り付けた多重薄膜で構成できる。
【００２８】
第１及び第２のスプリング１２２、１２３は、それぞれスイッチパッド１１６の本体１１７の上側面１１７ｃ及び下側面１１７ｄと、第１及び第２の支持ポスト１２１ａ、１２１ｂとの間に連結されている。第１及び第２のスプリング１２２、１２３は、スイッチパッド１１６の本体１１７と、第１及び第２の支持ポスト１２１ａ、１２１ｂの上部１２１ａ’、１２１ｂ’の金属層１２８と同一なアルミニウム（Ａｌ）のような金属で形成される。
【００２９】
以上で、本発明のスイッチパッド１１６が適用されるマイクロスイッチは、第１及び第２の信号線１３２、１３３の第１及び第２のスイッチ端子（１３２ｂ；１３３ａ、１３３ｂ）と接触するか、或いは離間して第１及び第２のスイッチング端子（１３２ｂ；１３３ａ、１３３ｂ）を互いに連結するか、或いは遮断する第１及び第２の端子連結部１３０ａ、１３０ｂを備えるＲＦスイッチ１００であることを説明及び例示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明のスイッチパッド１１６が適用されるマイクロスイッチは、同一の原理と構成とを有する他のスイッチ、例えばスイッチパッド（図示せず）の本体が第１及び第２の端子連結部１３０ａ、１３０ｂを備えず、グラウンド１１５に接地された導電性金属から構成され、第１及び第２の信号線１３２、１３３が第１及び第２のスイッチング端子（１３２ｂ；１３３ａ、１３３ｂ）を備えず、第１及び第２のキャパシタ（図示せず）を備えた静電容量型ＲＦスイッチ（図示せず）で構成することができる。この場合、静電容量型ＲＦスイッチは、スイッチパッドの本体が、第１又は第２の信号線（１３２、又は１３３）に接触するか、或いは離間するとき、第１又は第２の信号線（１３２、又は１３３）に設けられた第１及び第２のキャパシタのキャパシタンスの変化によって、信号をグラウンド１１５にバイパッシングさせるか、或いは第１又は第２の信号線（１３２、又は１３３）を通じて流れるようにする。
【００３０】
以下、上述したように構成された本発明に係るスイッチパッド１１６を備えたＲＦスイッチ１００の作用を図４〜図５Ｂに基づいて詳細に説明する。
先ず、静電駆動部１１２の第１及び第２の駆動電極１１３、１１４の１つ、例えば第２の駆動電極１１４に電圧が印加されるとき、第２の駆動電極１１４とこれに対向するスイッチパッド１１６の本体１１７の部分間には、静電気力が発生し、この静電気力によって本体１１７の第２の端部１１７ｂは、図５Ｂに示したように、下に引き寄せられる。その結果、本体１１７は、第１及び第２のスプリング１２２、１２３の回転歪み強度に対抗して、第１及び第２のスプリング１２２、１２３を中心にシーソー形態に傾くようになる。従って、本体１１７の第２の端子連結部１３０ｂは、相応する第２の信号線１３３の第１及び第２のスイッチング端子１３３ａ、１３３ｂと接触して、第１及び第２のスイッチング端子１３３ａ、１３３ｂを互いに接続する。その結果、第２の信号線１３３は、「オン」にされて信号が流れる。
【００３１】
逆に、静電駆動部１１２の第２の駆動電極１１４に電圧の供給が遮断されると、第２の駆動電極１１４とこれに対向するスイッチパッド１１６の本体１１７の部分間に生じていた静電気力が消滅し、これにより本体１１７の第２の端部１１７ｂは、図５Ａに示したように、第１及び第２のスプリング１２２、１２３の弾性力によって上に上昇して、初期の位置に移動する。その結果、本体１１７の第２の端子連結部１３０ｂは、第２の信号線１３３の第１及び第２のスイッチング端子１３３ａ、１３３ｂから離間して第１及び第２のスイッチング端子１３３ａ、１３３ｂを互いに短絡させる。その結果、第２の信号線１３３は、「オフ」にされて信号の流れが遮断される。
【００３２】
本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではない。実際、当業者であれば、上記の説明に基づき、特許請求の範囲に記載されている本発明の技術的範囲を逸脱することなく、本発明の実施形態に対し、種々の変更及び修正を施すことが可能であろう。従って、そのような変更及び修正は当然に、本発明の技術的範囲に含まれるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明のスイッチパッド及びそれを備えたマイクロスイッチは、ＲＦスイッチのような静電気力によって駆動されるマイクロスイッチに適用されて、低駆動電圧でも安定的に駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来のＲＦスイッチの概略斜視図である。
【図２Ａ】図１の線I-Iに沿って取った断面図である。
【図２Ｂ】図１の線I-Iに沿って取った断面図である。
【図３Ａ】本発明の原理を説明する概念図である。
【図３Ｂ】本発明の原理を説明する概念図である。
【図４】本発明に係るスイッチパッドを備えたＲＦスイッチの概略斜視図である。
【図５Ａ】図４の線II-IIに沿って取った断面図である。
【図５Ｂ】図４の線II-IIに沿って取った断面図である。
【図６Ａ】本発明に係るスイッチパッドの変形例が適用されたＲＦスイッチを図４の線II-IIに沿って取った断面図である。
【図６Ｂ】本発明に係るスイッチパッドの変形例が適用されたＲＦスイッチを図４の線II-IIに沿って取った断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１００  ＲＦスイッチ
１１０  スプリング構造体
１１１  基板
１１２  静電駆動部
１１３、１１４  駆動電極
１１６、１１６´  スイッチパッド
１１７、１１７´  本体
１２１ａ、１２１ｂ  支持ポスト
１２２、１２３  スプリング
１３０ａ、１３０ｂ  端子連結部
１３２、１３３  信号線
１３２ｂ、１３３ａ、１３３ｂ  スイッチング端子
【図１】
2006228734.tif 000004
【図２Ａ】
2006228734.tif 000005
【図２Ｂ】
2006228734.tif 000006
【図３Ａ】
2006228734.tif 000007
【図３Ｂ】
2006228734.tif 000008
【図４】
2006228734.tif 000009
【図５Ａ】
2006228734.tif 000010
【図５Ｂ】
2006228734.tif 000011
【図６Ａ】
2006228734.tif 000012
【図６Ｂ】
2006228734.tif 000013