(57)【要約】【課題】通算開閉回数が増加しても、接点同士が接着して接点が開離できなくなるのを防止できると共に、基板上に集積回路の一部として組み込みできるマイクロ接点開閉器およびそれを用いた無線通信機器を提供する。【解決手段】可動接点２７a,２７bを固定接点２６a,２６bに対して接触または開離させるためのマイクロ可動部２０と、マイクロ可動部２０を駆動する駆動機構２５a,２５bと、固定接点２６a,２６bと可動接点２７a,２７bとマイクロ可動部２０を基板１０上に封止する封止構造９を備える。マイクロ可動部２０は、基板１０側の支持構造１７に支持され、駆動機構２５a,２５bによりマイクロ可動部２０を駆動することによって固定接点２６a,２６bに可動接点２７a,２７bを接触させるとき、マイクロ可動部２０の動きに合わせて、マイクロ可動部２０を支持する基板１０側の支持構造１７の支点が変位する。【選択図】図１Ａ
2006216258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された固定接点と、
前記固定接点と離れた位置に形成された可動接点と、
前記可動接点を前記固定接点に対して接触または開離させるためのマイクロ可動部と、
前記マイクロ可動部を駆動する駆動機構と、
少なくとも前記固定接点と前記可動接点と前記マイクロ可動部を前記基板上に封止する封止構造と
を備え、
前記マイクロ可動部は、前記基板側または前記封止構造側の少なくとも一方に支持され、
前記駆動機構により前記マイクロ可動部を駆動することによって前記固定接点に前記可動接点を接触させるとき、前記マイクロ可動部の動きに合わせて、前記マイクロ可動部を支持する前記基板側または前記封止構造側の少なくとも一方の支点が変位するようにしたことを特徴とするマイクロ接点開閉器。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロ接点開閉器において、
前記マイクロ可動部は、前記基板または前記封止構造の少なくとも一方に傾動自在に支持されていることを特徴とするマイクロ接点開閉器。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマイクロ接点開閉器において、
前記マイクロ可動部を支持する前記基板または前記封止構造の少なくとも一方に対して、前記マイクロ可動部が前記基板表面に平行な方向に係合していることを特徴とするマイクロ接点開閉器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載のマイクロ接点開閉器において、
前記マイクロ可動部を支持する前記基板または前記封止構造の少なくとも一方の支点の位置と前記マイクロ可動部との間に隙間が設けられていることを特徴とするマイクロ接点開閉器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載のマイクロ接点開閉器において、
前記マイクロ可動部の動きに合わせて、前記マイクロ可動部を支持する前記基板側または前記封止構造側の少なくとも一方の支点が変位するように弾性変形する弾性変形部を、前記基板側,前記マイクロ可動部または前記封止構造側の少なくとも一方に設けたことを特徴とするマイクロ接点開閉器。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載のマイクロ接点開閉器において、
前記封止構造は、複数のマイクロセルを用いて形成されていることを特徴とするマイクロ接点開閉器。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１つに記載のマイクロ接点開閉器において、
前記マイクロ可動部または前記封止構造の少なくとも一方が、高融点金属材料の窒化物を含むことを特徴とするマイクロ接点開閉器。
【請求項８】
請求項７に記載のマイクロ接点開閉器において、
前記マイクロ可動部または前記封止構造の少なくとも一方が、前記高融点金属材料の窒化物の層と金属の層を含むの２つ以上の層で形成されていることを特徴とするマイクロ接点開閉器。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１つに記載のマイクロ接点開閉器において、
半導体製造プロセスを用いて作成されていることを特徴とするマイクロ接点開閉器。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載のマイクロ接点開閉器と、
送信部と、
受信部と、
前記送信部からの送信信号を電波として送信すると共に前記受信部への受信信号を電波として受信するためのアンテナと
を備え、
前記アンテナと前記送信部とを前記マイクロ接点開閉器を介して接続すると共に、前記アンテナと前記受信部とを前記マイクロ接点開閉器を介して接続することを特徴とする無線通信機器。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載のマイクロ接点開閉器と、
送信部と、
受信部と、
前記送信部からの送信信号を電波として送信すると共に前記受信部への受信信号を電波として受信するための複数アンテナと
を備え、
前記複数のアンテナと前記受信部を前記マイクロ接点開閉器を介して夫々接続し、前記マイクロ接点開閉器のいずれか１つを閉じて前記複数のアンテナのうちの１つと前記受信部を接続することを特徴とする無線通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ接点開閉器および無線通信機器に関し、半導体の微細加工技術を利用して極微細でメカニカルな機構を実現したマイクロマシン技術分野に属し、詳しくは、基板上に集積回路の一部として組み込み可能で、電気的な接点を開閉するためのマイクロ接点開閉器およびそれを用いた無線通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロ接点開閉器としては、半導体の微細加工技術を応用するマイクロマシン技術を利用することによって超小型化されたマイクロスイッチがある。このマイクロスイッチは、図１１Ａ,図１１Ｂに示すように、単結晶シリコンあるいはＧaＡsなどからなる基板２００上に設けられた絶縁層(図示せず)の上に、固定接点２０４,２０５とマイクロ可動部２０９に設けられた可動接点２１１,２０１とを備え、マイクロ可動部２０９は支持部２０２に結合し、基板２００上に支持されている。可動接点２１１,２０１および固定接点２０４,２０５は、所定の隙間を設けて対向しており、可動接点２１１,２０１が固定接点２０４,２０５に接離することにより、電気的な接点の開閉を行なう。
【０００３】
このようなマイクロスイッチのマイクロ可動部２０９の駆動には、例えば、図１１Ａ,図１１Ｂに示すような、静電式アクチュエータ２０６,２１０を用いることができる。互いに対向する電極２１３,２０７が、それぞれマイクロ可動部２０９側と基板２００側に設けられ、両電極２１３,２０７間および電極２１２,２０８間に電圧を印加しない場合には、静電引力が発生しないので、固定接点２０４,２０５と可動接点２１１,２０１は接触しない。一方、電極２１３,２０７間に電圧を印加する場合には、静電引力が発生してマイクロ可動部２０９のアームが動き、固定接点２０４,２０５と可動接点２１１,２０１が接触する。さらに、この状態から電極２０７に印加している電圧をオフにすると、変形しているマイクロ可動部２０９の復元力によって可動接点２１１,２０１が固定接点２０４,２０５から開離する。このように、静電式アクチュエータ２０６の電極２１３,２０７間および電極２１２,２０８間の電圧を制御することにより、容易に接点を接離させることができる。このようなマイクロスイッチは小型であるのみならず、消費電力が小さいという利点がある。
【０００４】
また、図１１Ａ,図１１Ｂに示すように、支持部２０２をはさんで反対側にも同様の接点を備え、２つの接点を切り替えて開閉するマイクロスイッチの場合、マイクロ可動部２０９は支持部２０２にねじれ部２０３を介して結合し、マイクロ可動部２０９は支持位置で回転するように動作する。このようなねじれ部を支点に有する同様の構成のマイクロスイッチは、特開２００３−１１７８９６号公報(特許文献１)、特表２００３−５２２３７９号公報(特許文献２)、米国特許第６５１１８９４号(特許文献３)に開示されている。
【０００５】
図１１Ａ,図１１Ｂに示す従来の２接点切り替え型のマイクロスイッチでは、例えば静電式アクチュエータ２１０によりマイクロ可動部２０９を駆動するとき、発生する静電引力が主としてねじれ部２０３のねじれによるバネの復元力とつりあってマイクロ可動部２０９が回転するように移動する。そのため、実用的にチップ上で実現可能な電圧範囲で接点を開閉させるにためは、ねじれ部２０３の弾性定数をあまり大きく設計できないという制約をうける。従って、可動接点を開離するときの反対側の接点を駆動し接点を開離することができるが、ねじれ部２０３への負荷を大きくできず、また、ねじれ部の復元力も小さくなるために、通算開閉回数が増加したときに、接点同士が接着してしまい、接点を開離できなくなるという問題があった。
【特許文献１】特開２００３−１１７８９６号公報
【特許文献２】特表２００３−５２２３７９号公報
【特許文献３】米国特許第６５１１８９４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために成されたものであって、通算開閉回数が増加しても、接点同士が接着して接点が開離できなくなるのを防止できると共に、基板上に集積回路の一部として組み込みできるマイクロ接点開閉器およびそれを用いた無線通信機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明のマイクロ接点開閉器は、
基板と、
前記基板上に形成された固定接点と、
前記固定接点と離れた位置に形成された可動接点と、
前記可動接点を前記固定接点に対して接触または開離させるためのマイクロ可動部と、
前記マイクロ可動部を駆動する駆動機構と、
少なくとも前記固定接点と前記可動接点と前記マイクロ可動部を前記基板上に封止する封止構造と
を備え、
前記マイクロ可動部は、前記基板側または前記封止構造側の少なくとも一方に支持され、
前記駆動機構により前記マイクロ可動部を駆動することによって前記固定接点に前記可動接点を接触させるとき、前記マイクロ可動部の動きに合わせて、前記マイクロ可動部を支持する前記基板側または前記封止構造側の少なくとも一方の支点が変位するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
このマイクロ接点開閉器によれば、基板上に集積回路の一部として組み込み可能で、通算開閉回数が増加したときに、接点同士が接着し、接点を開離できなくなるという問題が発生しにくくなり、長期使用が実現できる。さらに、マイクロ接点開閉器を封止構造により基板上に封止することによって、耐環境性が向上し、長期にわたって高い信頼性を得ることができる。なお、前記マイクロ可動部を支持する基板側または封止構造側の少なくとも一方とマイクロ可動部が別体でなく、支持部とマイクロ可動部が軟質金属などで連結されていてもよい。また、前記マイクロ可動部を駆動する駆動機構は、静電式アクチュエータ、圧電式アクチュエータ、熱式アクチュエータまたは磁気式アクチュエータのいずれかが用いられるのが望ましい。
【０００９】
また、一実施形態のマイクロ接点開閉器は、前記マイクロ可動部は、前記基板または前記封止構造の少なくとも一方に傾動自在に支持されていることを特徴とする。
【００１０】
このマイクロ接点開閉器によれば、従来のねじれ部で支持する構造に比べ、低電圧でマイクロ可動部を駆動することができる。
【００１１】
また、一実施形態のマイクロ接点開閉器は、前記マイクロ可動部を支持する前記基板または前記封止構造の少なくとも一方に対して、前記マイクロ可動部が前記基板表面に平行な方向に係合していることを特徴とする。
【００１２】
このマイクロ接点開閉器によれば、前記弾性変形部が基板表面に対する垂直方向に比べて平行な方向には変位しにくくなり、接点接触時にマイクロ可動部の駆動機構の駆動力を効率よく可動接点と固定接点の押し付けに使うことができ、動作電圧を低電圧化ができる。
【００１３】
また、一実施形態のマイクロ接点開閉器は、前記マイクロ可動部を支持する前記基板または前記封止構造の少なくとも一方の支点の位置と前記マイクロ可動部との間に隙間が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
このマイクロ接点開閉器によれば、マイクロ可動部を支持する基板または封止構造の少なくとも一方の支点の位置とマイクロ可動部との間に隙間を設けることによって、マイクロ可動部の駆動時にマイクロ可動部の変形を少なくし、マイクロ可動部自体を撓ませることなく低電圧で駆動することができ、さらに、接点を押し付けるときにも、マイクロ可動部自体を撓ませる量が少なくてすむために低電圧で駆動することができる。
【００１５】
また、一実施形態のマイクロ接点開閉器は、前記マイクロ可動部の動きに合わせて、前記マイクロ可動部を支持する前記基板側または前記封止構造側の少なくとも一方の支点が変位するように弾性変形する弾性変形部を、前記基板側,前記マイクロ可動部または前記封止構造側の少なくとも一方に設けたことを特徴とする。
【００１６】
このマイクロ接点開閉器によれば、接点接触動作のときにマイクロ可動部の動きに合わせて支持部の支点が変位するように弾性変形部が弾性変形することにより、マイクロ可動部を支持する箇所にかかる負荷を低減でき、長期使用が実現できる。
【００１７】
また、一実施形態のマイクロ接点開閉器は、前記封止構造は、複数のマイクロセルを用いて形成されていることを特徴とする。ここで、「マイクロセル」とは、壁で囲まれた所定の幅と高さを有する中空セルまたは非中空セルのことである。
【００１８】
このマイクロ接点開閉器によれば、封止構造が複数のマイクロセルを用いて形成されているので、撓みや応力の集中を分散し、薄膜で基板上への封止が可能となる。
【００１９】
また、一実施形態のマイクロ接点開閉器は、前記マイクロ可動部または前記封止構造の少なくとも一方が、高融点金属材料の窒化物を含むことを特徴とする。
【００２０】
このマイクロ接点開閉器によれば、シリコン基板上にＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor：コンプリメンタリ・メタル・オキサイド・セミコンダクタ)プロセスで作製したＬＳＩ(Large Scale Integrated circuit：大規模集積回路)上のみならず、ガラス基板や樹脂基板などにＣu配線や低誘電率の有機絶縁膜などの耐熱性の低いプロセスを経た基板上にも封止構造の形成が可能になる。
【００２１】
また、一実施形態のマイクロ接点開閉器は、前記マイクロ可動部または前記封止構造の少なくとも一方が、前記高融点金属材料の窒化物の層と金属の層を含むの２つ以上の層で形成されていることを特徴とする。
【００２２】
このマイクロ接点開閉器によれば、マイクロ可動部および封止構造を、高融点金属材料の窒化物の層と金属の層を含む２つ以上の層で形成することによって、マイクロセルおよびマイクロ可動部の電位の制御性が向上し、マイクロセル構造の一部を配線や、貫通電極として用いることができ、配線スペースの削減やプロセスの簡略化,低コスト化が可能となる。
【００２３】
また、一実施形態のマイクロ接点開閉器は、半導体製造プロセスを用いて作成されていることが望ましい。
【００２４】
また、本発明の無線通信機器は、
送信部と、
受信部と、
前記送信部からの送信信号を電波として送信すると共に前記受信部への受信信号を電波として受信するためのアンテナと
を備え、
前記アンテナと前記送信部とを前記マイクロ接点開閉器を介して接続すると共に、前記アンテナと前記受信部とを前記マイクロ接点開閉器を介して接続することを特徴とする。
【００２５】
この無線通信機器によれば、送受切り替えのときに、マイクロ接点開閉器の接点が接着しにくく、接点の劣化が少ない信頼性の高い無線通信機器が得られる。
【００２６】
また、本発明の無線通信機器は、
送信部と、
受信部と、
前記送信部からの送信信号を電波として送信すると共に前記受信部への受信信号を電波として受信するための複数アンテナと
を備え、
前記複数のアンテナと前記受信部を前記マイクロ接点開閉器を介して夫々接続し、前記マイクロ接点開閉器のいずれか１つを閉じて前記複数のアンテナのうちの１つと前記受信部を接続することを特徴とする。
【００２７】
この無線通信機器によれば、受信状態に応じてアンテナを切り替えるときに、マイクロ接点開閉器の接点が接着しにくく、接点の劣化が少ない信頼性の高い無線通信機器が得られる。
【発明の効果】
【００２８】
以上より明らかなように、本発明のマイクロ接点開閉器によれば、通算開閉回数が増加しても、接点同士が接着して接点が開離できなくなるのを防止できると共に、基板上に集積回路の一部として組み込みが可能なマイクロ接点開閉器を実現することができる。
【００２９】
また、本発明の無線通信機器によれば、受信状態のよいアンテナを選択するためのアンテナの切り替えや、アンテナとの接続を受信部か送信部のいずれかに切り替えるために本発明のマイクロ接点開閉器を用いることで、アンテナ切り替えや送受信の切り替え時に接点が接着しにくく、接点の劣化が少ない信頼性の高い無線通信機器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明のマイクロ接点開閉器および無線通信機器を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３１】
以下に本発明の好適な実施形態について添付の図面を参照して説明する。
【００３２】
(第1の実施形態)
図1Ａは、本発明の第1の実施形態のマイクロ接点開閉器の構成を示す垂直断面図である。
【００３３】
この第1の実施形態のマイクロ接点開閉器は、図１Ａに示すように、基板１０と、この基板１０上に形成された固定接点２６a,２６bと、固定接点２６a,２６bから離れた位置に形成されたそれぞれの可動接点２７a,２７bと、可動接点２７aと固定接点２６aおよび可動接点２７bと固定接点２６bを交互に接触または開離させることができるマイクロ可動部２０と、基板１０上に固定され、マイクロ可動部２０の中央部分を傾動自在に支持する支持構造１７と、マイクロ可動部２０を夫々駆動する駆動機構２５a,２５bと、固定接点２６a,２６bと可動接点２７a,２７bとマイクロ可動部２０などを封止する封止構造９を備えている。この第1の実施形態では、駆動機構２５aに、上部電極２４cと下部電極１４aで構成された静電式アクチュエータを用い、駆動機構２５bに、上部電極２４dと下部電極１４bで構成された静電式アクチュエータを用いている。前記マイクロ可動部２０は、基板１０と封止構造９により形成されたキャビティ２９内に封止されている。
【００３４】
ここで、基板１０にはシリコン基板が用いられているが、本発明のマイクロ接点開閉器は、基板材料に本質的に依存するものではなく、ＧaＡs基板などの他の半導体基板、あるいは、アルミナなどのセラミック基板およびガラスエポキシ樹脂などの絶縁材料からなる基板が選択されてもよい。
【００３５】
また、この第1の実施形態では、基板１０には固定接点２６a,２６bなどの導電性の電極や配線パターンが形成されているが、各電極や配線類が短絡しないように絶縁層１１が形成されている。ここでは、シリコン基板を用いているが、基板に絶縁材料を用いる場合には絶縁層１１を省くこともできる。
【００３６】
図２は図１ＡのII−II線から見た水平断面を示しており、図２に示すように、支持構造１７を、マイクロ可動部２０に形成された窓２０a,２０bに通している。前記支持構造１７は、その支持構造１７に対向する封止構造９の略中央に設けられた凸部９a(図１Ａに示す)と接続されている。
【００３７】
ここで、この第１の実施形態のマイクロ接点開閉器の動作について、可動接点２６aと固定接点２７aの開閉を例に説明する。図１Ａに示す初期状態では、下部電極２４aおよび下部電極２４bには電圧が印加されておらず、駆動機構２５aおよび駆動機構２５bは非駆動状態にある。この状態では、図１Ａに示すように、マイクロ可動部２０は、基板１０上に形成された支持構造１７の支持端部１８a,１８bで支えられ、基板１０表面に対してほぼ平行に保たれ、両接点ともに接触していない状態にある。この支持端部１８a,１８bがマイクロ可動部２０を支持するための２つの支点となる。ここで、基板１０上に形成された支持構造１７は、封止構造９を支える支柱としての役割も果たしている。
【００３８】
前記マイクロ可動部２０は、基板１０側にも封止構造９側にも固定されていないが、封止構造９にも支持端部１９a,１９bが形成されており、基板１０が上下反転して設置された場合においてもマイクロ可動部２０を封止構造９側で支持できるようになっている。
【００３９】
これにより、図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、マイクロ可動部が基板の上下どちらの向きにあっても、下部電極２４aに電圧を印加することによって、駆動機構２５aによりマイクロ可動部２０を駆動すると、上部電極２４cが静電引力で引き付けられて、可動接点２７aと固定接点２６aを接触させることができる(可動接点２７bと固定接点２６bも同様)。
【００４０】
このとき、マイクロ可動部２０は、基板１０側の支持構造１７と封止構造９側の凸部９aによって傾動自在に支持され、基板１０側にも封止構造９側にも固定されていないために、図１１Ａ,図１１Ｂに示す従来のねじれ部で支持する構造に比べ、低電圧でマイクロ可動部を駆動することができる。
【００４１】
また、接点を押し付けるときには、マイクロ可動部２０自体を撓ませることによって、可動接点２７a,２７bが固定接点２６a,２６bに押し付けられるので、図１１Ａ,図１１Ｂに示す従来のねじれ部に比べ大きな復元力を得やすい。そして、可動接点２７a,２７bと固定接点２６a,２６bが接触してからマイクロ可動部２０を撓ませればよいため、マイクロ可動部２０自体を撓ませる量は少なく、低駆動力で十分な接触圧力を得ることができる。この第１の実施形態では静電式アクチュエータを用いているが、下部電極２４a,２４bと上部電極２４c,２４dが十分接近した状態からマイクロ可動部２０を撓ませるために低電圧で駆動可能となる。
【００４２】
また、接点を開離させるときは、反対側の接点を接触させるように、反対側の駆動機構を動作させることにより容易に駆動力を得ることができるが、マイクロ可動部２０が固定されていないため、図１１Ａ,図１１Ｂに示す従来のねじれ部を備えたものと比べて低電圧で駆動できる。
【００４３】
これにより、図１１Ａ,図１１Ｂに示す従来技術よりも、接点開離のための復元力を弱めることなく低電圧で駆動することができ、接点が接着して開離できなくなることを抑制して、接点の開閉操作が長期の繰り返しできるマイクロ接点開閉器を実現することができる。
【００４４】
この第１の実施形態では、マイクロ可動部２０は、基板１０側および封止構造９のいずれにも固定されていないが、必ずしも非固定に限るものではない。図１１Ａ,図１１Ｂに示すねじれ部でマイクロ可動部２０と支持構造１７に結合させても本発明を実施することできる。本発明のマイクロ接点開閉器では、接点開離に必要な復元力にマイクロ可動部２０の反発力を利用するために、図１１Ａ,図１１Ｂのねじれ部に比べ、変形部分の弾性係数を十分小さくすることができ、従来例よりも十分低電圧で駆動させることが可能となる。しかし、この第１の実施形態では、マイクロ可動部２０がねじれ部で結合されておらず非固定のため、より低電圧で駆動することが可能となっている。
【００４５】
さらに、この第１の実施形態では、図１Ｂに示すように、接点を接触させるときに基板１０側に接触する中間支点２３a,２３bがマイクロ可動部２０に形成されている。これにより、接点を接触させるときに、中間支点２３a,２３bが基板１０側に接触し、支持構造１７の支持端部１８a,１８bに代わってマイクロ可動部２０の支点となって接点が押し付けられるようになり、支持構造１７の支持端部１８a,１８b付近に大きな負荷をかけずに強い押し付け力を得ることができる。
【００４６】
さらに、この第１の実施形態では、図１に示すように、マイクロ可動部２０は、マイクロ可動部２０に形成されたストッパー２１a,２１bによって、マイクロ可動部２０が基板１０表面に平行な平行に係合し、基板１０側および封止構造９側のいずれの位置に支持される場合においても、支持位置が、基板１０の水平方向にほとんど変位しないようになっている。これにより、基板が斜めや垂直方向に配置された場合においても、接点の開閉操作を行うことができる。
【００４７】
また、ストッパー２１a,２１bにより、固定接点２６a,２６bとマイクロ可動部２０の支持位置との距離がほとんど変位しないように、基板１０または封止構造に対してマイクロ可動部２０が基板１０表面に平行な方向に係合している。これにより、駆動機構２５a,２５bの駆動力を効率よく可動接点２７a,２７bと固定接点２６a,２６bの押し付けに使うことができる。
【００４８】
この第１の実施形態では、マイクロ可動部２０が非固定であるために、マイクロ可動部２０と支持構造１７の支持端部１８a,１８bとの間に摺動が発生する場合がある。しかしながら、マイクロ可動部２０の中間支点２３a,２３bを使って接点を押し付けるときに中間支点２３a,２３bから端部２２a,２２bまでの弾性構造が復元力となって働くこと、また、接点開離あるいは反対側への接点切り替え操作のときにマイクロ可動部２０の支持位置が支持端部１８aから支持端部１８bが変更されることによっても、接点の接着が抑制される。
【００４９】
さらに、この第１の実施形態では、基板１０側の支持端部１８a,１８bおよび封止構造９側の支持端部１９a,１９bとマイクロ可動部２０との間に隙間が設けられ、マイクロ可動部２０の駆動時にマイクロ可動部２０の変形を少なくする。例えば、図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、駆動機構２５aを駆動して、可動接点２７aと固定接点２６aが接触させるときに、基板１０側の支持端部１８bおよび封止構造９側の支持端部１９aは、マイクロ可動部２０との間に隙間が形成されているため、マイクロ可動部２０自体を撓ませることなく低電圧で駆動することができ、さらに、接点を押し付けるときにも、マイクロ可動部２０自体を撓ませる量が少なくて済むために低電圧で駆動することが可能となる。
【００５０】
さらに、図１に示すマイクロ接点開閉器は、両側の接点を切り替える操作のみでなく、両側の駆動機構２５a,２５bを同時に駆動することで、両側の接点を同時に接触させることができる。従来の図１１Ａ,図１１Ｂに示す接点開閉器で両側を同時に駆動するとねじれ部に大きな負荷がかかるために強い接点圧を得ることが難しいのに対して、本発明のマイクロ接点開閉器では、マイクロ可動部２０自体を撓ませるため、弾性変形しにくい支持構造１７を破損させることなく、両接点を同時に十分な接点圧力で接触させることができる。
【００５１】
さらに以上に述べた第１の実施形態では、マイクロ可動部２０の駆動機構２５a,２５bに静電式アクチュエータを用いたが、これは駆動方法を特定するものではなく、特開２００３−１１７８９６号公報(特許文献１)に記載されているような磁気式アクチュエータであってもよい。同様に、マイクロ可動部の駆動機構は、圧電式アクチュエータ、熱式アクチュエータによっても実現可能である。
【００５２】
さらに、この第１の実施形態では、図１Ａおよび図２に示すように、封止構造９は、壁１３で囲まれた複数のマイクロセル１２および複数のマイクロセル１４が、一層構造および多層構造で互いに隣接して基板１０上に形成されている。このマイクロセル１２,１４は、所定の範囲内の幅および高さを有する直方体形状をしている。このようなマイクロセル１２,１４で構成された封止構造９の内部にマイクロ可動部２０が組み込まれている。マイクロセル１２は、内部の犠牲層がすべて壁で囲まれており、内部に犠牲層が残っている非中空セルで、マイクロセル１４は、内部の犠牲層が貫通孔を通して除去された中空セルとなっている。
【００５３】
次に、マイクロセルサイズの所定の範囲について説明する。この第１の実施形態では、マイクロセルの壁の厚さは数ミクロンから数１０ミクロンに設定される。好ましくは、壁の高さは、壁の強度を考慮して、ほぼ壁の厚さと等しくなるように設定してある。
【００５４】
従来、基板上にマイクロ可動部を封止する方法として、例えば、米国特許第６６９６６４５号および米国特許第５５８９０８２号に記載されている。特に低コストでコンパクトにマイクロ可動部を封止するためには、米国特許第６６９６６４５号に記載されているように基板を貼り合わせて封止する方法よりも米国特許第５５８９０８２号に記載されているように薄膜で封止するほうが好ましいが、封止したときの圧力差による撓みや、撓みによって発生する応力によって封止の信頼性が低下するため、封止膜の膜厚を薄くすることが難しい。
【００５５】
しかし、本発明のマイクロ接点開閉器では、マイクロセルの組み合わせによる封止構造になっているので、撓みや応力の集中を分散し、数ミクロン程度の薄膜で信頼性の高い封止が可能となる。マイクロセルは細かく分割できるほど封止膜の撓みを抑え、応力を軽減することができるが、ここでは、マイクロセルの幅は、好ましくは、壁の厚さの３〜５倍程度、１０ミクロン以下で設計している。マイクロセルの長さについては、マイクロセルの幅を所定の範囲内に設定しておけば、数１００ミクロンでも可能である。
【００５６】
また、マイクロセルの壁には、マイクロ接点開閉器の形成に通常のＬＳＩプロセスよりも厚い膜を使用するが、基板上にマイクロセル構造で敷き詰めることで、不均一な応力の発生や応力の局所集中を防ぎ、封止の信頼性・耐久性を高めることができる。また、マイクロセルを敷き詰めた層は、基板上に段差をほとんど発生させないので、平坦性を維持しながら、マイクロ可動部と封止構造を形成できる。ここでは、平面形状が長方形のマイクロセルを用いているが、マイクロセルの平面形状はこれに限るものでなく、正六角形のような多角形であっても良い。マイクロセル１２および１４のように非中空セルと中空セルを組み合わせて配置することにより、応力の集中をより効果的に分散することができる。
【００５７】
さらに、最上層のマイクロセルの天井部１５にはマイクロセル内部の犠牲膜を除去するための排出口が多数設けられており、従来例の封止構造のように周辺のみから除去されるのではなく、この第１の実施形態によれば、封止構造の上部から、しかも多数の排出口が確保されるため、封止構造の外へ犠牲膜を排出する効率が向上する。通常、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System；微小電気機械システム)を利用したマイクロ可動部は、数１０から数１００ミクロンのサイズになるため、横方向に犠牲膜を除去しようとすると非常に効率が悪いが、基板に対して垂直方向のサイズはせいぜい１０ミクロン程度なので、天井部に多数の排出口を確保すれば、貫通孔２８を通して効率よく犠牲膜を排出することができる。
【００５８】
次に、図３(a)〜(d),図４(a)〜(c),図５(a),(b)および図６に従って、本発明のマイクロ接点開閉器の製造方法の一例について説明する。
【００５９】
まず、図３(a)に示すように、シリコン基板３０に絶縁層としてシリコン窒化膜３１を堆積する。
【００６０】
次に、図３(b)に示すように、この絶縁層３１上にフォトリソグラフィー法とドライエッチングあるいはリフトオフ法によって導電性材料の配線パターン３２を形成する。この第１の実施形態では、導電性材料に金合金を用いている。
【００６１】
次に、図３(c)に示すように、犠牲層としてシリコン酸化膜３３を堆積し、マイクロ接点開閉器の支持構造と封止構造の１層目のマイクロセルを形成するためのパターンを形成する。
【００６２】
次に、図３(d)に示すように、窒化タングステン膜からなる導電層３４を堆積し、マイクロ接点開閉器の支持構造と封止構造の１層目のマイクロセルのパターンを形成する。
【００６３】
次に、図４(a),(b)に示すように、同様に２層目の犠牲層３５および導電層３６を堆積し、マイクロ可動部と支持構造および封止構造の２層目のマイクロセルを形成する。
【００６４】
次に、図４(c)に示すように、３層目の犠牲層３８および導電層３９を形成する。ここでは、あらかじめ薄いシリコン酸化膜をマイクロ可動部上に堆積し、封止構造の支持端部４０がマイクロ可動部と結合しないようにしておく必要がある。
【００６５】
次に、図５(a)に示すように、最上層となる４層目の犠牲層４１と導電層４２を形成する。
【００６６】
次に、図５(b)に示すように、排出孔４３からマイクロ可動部４４や支持構造４６のまわりの犠牲膜を除去する。このとき、マイクロ可動部４４は基板３０側および封止構造側のいずれにも固定されていないが、基板側の支持端部４５a,４５bおよび封止構造側の支持端部４７a,４７b、並びにマイクロ可動部に形成されたストッパー４８によって位置を拘束されるため、犠牲膜除去後においてもマイクロ可動部４４は指定の位置に支持される。
【００６７】
最後に、図６に示すように、チタンと窒化チタンからなる封止膜５１を堆積し、封止構造５０によりマイクロ可動部４４を封止するキャビティ４９を形成され、本発明の基板上にマイクロ可動部４４が封止されたマイクロ接点開閉器が形成される。
【００６８】
このように、本発明のマイクロ接点開閉器は、通常の半導体プロセス設備で十分製造可能であり、容易に低コストで形成することができる。
【００６９】
この第１の実施形態では、導電性材料に窒化タングステン膜からなる材料を用いている。もちろん本発明のマイクロ接点開閉器の導電性材料はこれに限るものではなく、ポリシリコン膜やＳiＧe膜などでも実施可能であるが、窒化タングステンは、反応性スパッタ法で室温程度の低温で形成することができる。例えば、スパッタ圧力２.３Ｐa、ＲＦパワー３００Ｗ、Ａrガス流量３３.６ｓｃｃｍ、Ｎ2ガス流量８.４ｓｃｃｍ、基板温度２５℃の条件で形成する。これにより、ＬＰＣＶＤ(低圧化学気相成長)法を用いるシリコン膜や窒化シリコン膜のようにプロセス温度が高温でなく、シリコン基板上にＣＭＯＳプロセスで作製したＬＳＩ上のみならず、ガラス基板や樹脂基板などにＣu配線や低誘電率の有機絶縁膜などの耐熱性の低いプロセスを経た基板上にもマイクロセルによる封止が可能になる。
【００７０】
さらに、図３(a)〜(d),図４(a)〜(c),図５(a),(b)および図６に示したように、マイクロセルと同時にマイクロ可動部を同じ窒化タングステンを用いて形成すれば、マイクロ可動部の形成とマイクロセルによる封止を平行して行い、シリコン基板上にＣＭＯＳプロセスで作製したＬＳＩ上のみならず、ガラス基板や樹脂基板などにＣu配線や低誘電率の有機絶縁膜など耐熱性の低いプロセスを経た基板上にマイクロセルで封止したマイクロ可動部の形成が可能となる。
【００７１】
例えば、タングステン材料のみのように金属材料単体を用いた場合、成長方向に配向する結晶構造の影響や膜厚の増加に伴う粒成長を制御することが困難である。このため、堆積時に内部応力が蓄積したり、堆積中あるいは堆積後に膜はがれ等の破壊が起きたり、また、応力等の負荷がかかったときにクラッキングなど欠陥が発生し、変形や破壊が起きたりすることで、マイクロセルやマイクロ可動部の構造の信頼性や耐久性を確保することが困難となる。
【００７２】
また、シリコン膜の場合、堆積後に１０００℃前後の高温で１時間程度アニールすれば内部残留応力を緩和することができるが、タングステンなどの金属薄膜の場合、高温処理による再結晶化で内部応力を緩和しようとすると、凝集やファセッティングなどの形状の変化を伴ってしまうことが多く、問題となる。
【００７３】
しかし、窒素と反応させた窒化タングステン膜の場合、Ｎ2分圧やスパッタ圧力などによって室温程度の低温で容易に膜組成や膜質を変えて堆積させることができる。例えば、スパッタ圧力１.５Pａから３Ｐa程度まで変えることにより膜中の残留応力を引張応力から圧縮応力まで変化させることができる。このため、膜の堆積過程で、内部応力や組成の異なる層を、連続的、あるいは断続的に成長させることが可能になり、堆積中の内部応力ならびに堆積後の残留応力を殆どなくすことができる。また、成長方向に異なる組成や粒状態の膜を積層することが可能となるため、堆積時の応力による破壊をなくし、製造後に外部から応力等が加えられて欠陥が発生しても、欠陥が容易に膜を貫きにくくなり、クラッキングなどによる変形や破壊に対する耐性を高めることができる。
【００７４】
内部応力や組成を制御した窒化タングステンの好適な堆積膜は、例えば、最初にスパッタ圧力２.０Ｐa、ＲＦパワー３００Ｗ、Ａrガス流量３３.６ｓｃｃｍ、Ｎ2ガス流量８.４ｓｃｃｍ、基板温度２５℃で０.５μｍ堆積し、次いでスパッタ圧力を２.４Ｐaに変えて１.２μｍ堆積し、最後にスパッタ圧力を２.０Ｐaに戻して０.３μｍ堆積することによって得られる。
【００７５】
さらに好適には、下層のマイクロセルやマイクロ可動部に、内部にタングステン層を含んだ窒化タングステン層を用いることもできる。この内部にタングステン層を含んだ窒化タングステン層は、最初にスパッタ圧力２.３Ｐa、ＲＦパワー３００Ｗ、Ａrガス流量３３.６ｓｃｃｍ、Ｎ2ガス流量８.４ｓｃｃｍ、基板温度２５℃で窒化タングステン層を１.２μｍ堆積し、次いでＮ2ガス流量を０ｓｃｃｍにしてＡrガス流量を４２ｓｃｃｍに変えて窒素を殆ど含有しないタングステン層を０.５μｍ堆積し、最後にＡrガス流量を３３.６ｓｃｃｍおよびＮ2ガス流量を８.４ｓｃｃｍに戻し、スパッタ圧力を２.０Ｐaにして窒化タングステン層を０.３μｍ堆積することによって形成する。これによって、残留応力を小さくして抑制ながら、かつ実効的な電気抵抗の低い膜を得ることができ、マイクロセルおよびマイクロ可動部の電位の制御性が向上し、マイクロセル構造の一部を配線や貫通電極として用いることができ、配線スペースの削減やプロセスの簡略化と低コスト化が可能となる。
【００７６】
ここではタングステンを窒素と反応させたが、この効果はこれに限るものではなく、炭素や酸素と反応させるによっても達成可能である。また、タングステンのみでなく、タンタル,モリブデン,チタン,ニッケル,アルミニウムなどの他の金属を適用しても同様の効果が期待できるが、高ヤング率が得られるタングステン,タンタル,モリブデン,チタンなどの高融点金属が好ましい。窒化タングステンの場合、押し込み式の薄膜試験装置で計測したところ、窒素の含有率を０％から６０％程度まで増やすことによりヤング率は３６０ＧＰaから２５０ＧＰa程度まで変化するが、ポリシリコンやＳiＧe膜よりも高いヤング率が得られる。
【００７７】
本発明のマイクロ接点開閉器の基板側および封止構造側の支持端部並びにストッパーの構成は、前記第1の実施形態のマイクロ接点開閉器に限るものではない。
【００７８】
(第２の実施形態)
図７Ａは本発明の第２の実施形態のマイクロ接点開閉器の構成を示す垂直断面図である。この第２の実施形態のマイクロ接点開閉器は、支持端部やストッパーの構成を除いて第１の実施形態のマイクロ接点開閉器と同様の構成をしている。ここでは、封止構造についてはマイクロ可動部の上層側のみ異なり、マイクロ可動部の周辺については第１の実施形態のマイクロ接点開閉器と同様のために省略している。
【００７９】
この第２の実施形態のマイクロ接点開閉器は、図７Ａに示すように、基板６０と、この基板６０上に形成された固定接点とその固定接点から離れた位置に形成されたそれぞれの可動接点とからなる接点６７a,６７bと、接点６７a,６７bを交互に接触または開離させることができるマイクロ可動部６３と、基板６０上に固定され、マイクロ可動部６３の中央下側に形成された支持部６４と、マイクロ可動部２０を夫々駆動する駆動機構６６a,６６bと、接点６７a,６７bとマイクロ可動部２０などを封止する封止構造８を備えている。この第２の実施形態では、駆動機構６６a,６６bに、上部電極と下部電極で構成された静電式アクチュエータを用いている。前記マイクロ可動部６３は、基板６０と封止構造８により形成されたキャビティ内に封止されている。また、支持部６４の両側に、封止構造８を支える４つの支柱６１a,６１b(図７Ａでは２つのみを示す)を形成し、その４つの支柱６１a,６１bにストッパー６５a,６５b(図７Ａでは２つのみを示す)を夫々形成している。
【００８０】
図７Ｄは図７ＡのVIID−VIID線から見た水平断面を示しており、図７Ｄに示すように、支柱６１a〜６１dを、マイクロ可動部６３に形成された４つの窓６３aに通している。前記支柱６１a〜６１dは、その支柱６１a〜６１dに対向する封止構造８に設けられた４つの凸部８a(図７Ａでは２つのみを示す)と接続されている。ここで、基板１０上に形成された支柱６１a〜６１dは、封止構造８を支える役割も果たしている。図７Ａはこの図７ＤのVIIA−VIIA線から見た垂直断面を示している。
【００８１】
ここで、この第２の実施形態のマイクロ接点開閉器の動作について説明する。図７Ａに示す初期状態では、駆動機構６６a,６６bの下部電極および下部電極には電圧が印加されておらず、駆動機構６６a,６６bは非駆動状態にある。この状態では、図７Ａに示すように、マイクロ可動部６３は、基板６０上に形成された支持部６４の支持端部６８a,６８bで支えられ、基板６０表面に対してほぼ平行に保たれ、両接点６７a,６７bともに接触していない状態にある。この支持端部６８a,６８bがマイクロ可動部６３を支持するための２つの支点となる。
【００８２】
前記マイクロ可動部６３は、基板６０側にも封止構造８側にも固定されていないが、封止構造８にも支持端部６２a,６２bが形成されており、基板６０が上下反転して設置された場合においてもマイクロ可動部６３を封止構造８側で支持できるようになっている。
【００８３】
これにより、図７Ｂおよび図７Ｃに示すように、マイクロ可動部が基板の上下どちらの向きにあっても、駆動機構６６aの下部電極に電圧を印加することによってマイクロ可動部６３を駆動すると、駆動機構６６aの下部電極に上部電極が静電引力で引き付けられて、接点６７aを接触させることができる(接点６７bも同様)。
【００８４】
このとき、マイクロ可動部６３は、基板６０側にも封止構造８側にも固定されていないために、図１１Ａ,図１１Ｂに示す従来のねじれ部で支持する構造に比べ、低電圧でマイクロ可動部を駆動することができる。
【００８５】
また、接点６７a,６７bを押し付けるときには、マイクロ可動部６３自体を撓ませることによって、接点６７a,６７bの可動接点が固定接点に押し付けられるので、図１１Ａ,図１１Ｂに示す従来のねじれ部に比べ大きな復元力を得やすい。そして、接点６７a,６７bが接触してからマイクロ可動部６３を撓ませればよいため、マイクロ可動部６３自体を撓ませる量は少なく、低駆動力で十分な接触圧力を得ることができる。この第２の実施形態では静電式アクチュエータを用いているが、駆動機構６６a,６６bの下部電極と上部電極が十分接近した状態からマイクロ可動部６３を撓ませるために低電圧で駆動可能となる。
【００８６】
また、接点６７a,６７bを開離させるときは、反対側の接点を接触させるように、反対側の駆動機構６６a,６６bを動作させることにより容易に駆動力を得ることができるが、マイクロ可動部６３が固定されていないため、図１１Ａ,図１１Ｂに示す従来のねじれ部を備えたものと比べて低電圧で駆動できる。
【００８７】
この第２の実施形態のマイクロ接点開閉器において、図７Ａに示すように、封止構造８側の支持端部６２a,６２bは、第１の実施形態のごとく封止構造８に形成されているが、基板６０側の支持端部６８a,６８bは、マイクロ可動部６３の支持部６４に設けられている。このような支持形態においても第1の実施形態と同様の効果が得られる。
【００８８】
この第２の実施形態では、マイクロ可動部６３の中央に支持端部６８a,６８bを備えた支持部６４にマイクロ可動部６３の加重を集中させることができ、第１の実施形態に比べてマイクロ可動部６３の慣性モーメントを小さくすることができ、マイクロ可動部６３の駆動性を高めることができる。これにより、より高速の接点開閉操作が可能となる。
【００８９】
(第３の実施形態)
図８Ａは本発明の第３の実施形態のマイクロ接点開閉器の構成を示す垂直断面図である。ここでも、封止構造についてはマイクロ可動部の上層側のみ異なり、マイクロ可動部の周辺については第１の実施形態のマイクロ接点開閉器と同様のために省略している。
【００９０】
この第３の実施形態のマイクロ接点開閉器は、図８Ａに示すように、基板７０と、この基板７０上に形成された固定接点とその固定接点から離れた位置に形成された可動接点とからなる接点８０a,８０bと、接点８０a,８０bを交互に接触または開離させることができるマイクロ可動部７３と、基板７０上に固定され、マイクロ可動部７３の中央下側に形成された支持構造７２と、マイクロ可動部７３を夫々駆動する駆動機構７８a,７８bと、接点８０a,８０bとマイクロ可動部７３などを封止する封止構造７を備えている。この第２の実施形態では、駆動機構７８a,７８bに、上部電極と下部電極で構成された静電式アクチュエータを用いている。前記マイクロ可動部７３は、基板７０と封止構造７により形成されたキャビティ内に封止されている。また、マイクロ可動部７３にストッパー７５a,７５bを形成している。
【００９１】
前記支持構造７２は、基板７０に接合された底部７２aの両端から斜め上方かつ外側に夫々延びさらに基板７０表面に沿って外側に延びた後に斜め下方に屈曲して延びる弾性変形部７６a,７６bと、その弾性変形部７６a,７６bの下端から基板７０表面に沿って外側に夫々延びる支持端部７１a,７１bとを有している。この支持端部７１a,７１bがマイクロ可動部７３を支持するための２つの支点となる。
【００９２】
図８Ｅは図８ＡのVIIIE−VIIIE線から見た水平断面を示しており、図８Ｅに示すように、弾性変形部７６a,７６bを、マイクロ可動部７３に形成された４つの窓７３aに通している。図８Ａはこの図８ＥのVIIIA−VIIIA線から見た垂直断面を示している。
【００９３】
ここで、この第２の実施形態のマイクロ接点開閉器の動作について説明する。図８Ａに示す初期状態では、駆動機構７８a,７８bの下部電極および下部電極には電圧が印加されておらず、駆動機構７８a,７８bは非駆動状態にある。この状態では、図８Ａに示すように、マイクロ可動部７３は、基板７０上に形成された支持部７４の支持端部７１a,７１bで支えられ、基板７０表面に対してほぼ平行に保たれ、両接点８０a,８０bともに接触していない状態にある。
【００９４】
前記マイクロ可動部７３は、基板７０側にも封止構造７側にも固定されていないが、封止構造７にも支持端部６２a,６２bが形成されており、基板７０が上下反転して設置された場合においてもマイクロ可動部７３を封止構造７側で支持できるようになっている。
【００９５】
これにより、図８Ｂおよび図８Ｃに示すように、マイクロ可動部７３が基板７０の上下どちらの向きにあっても、駆動機構７８a,７８bの下部電極に電圧を印加することによってマイクロ可動部７３を駆動すると、駆動機構７８a,７８bの下部電極に上部電極が静電引力で引き付けられて、接点８０a,８０bを接触させることができる。
【００９６】
このとき、マイクロ可動部７３は、基板７０側にも封止構造８側にも固定されていないために、図１１Ａ,図１１Ｂに示す従来のねじれ部で支持する構造に比べ、低電圧でマイクロ可動部を駆動することができる。
【００９７】
また、接点を押し付けるときには、マイクロ可動部７３自体を撓ませることによって、接点８０a,８０bの可動接点が固定接点に押し付けられるので、図１１Ａ,図１１Ｂに示す従来のねじれ部に比べ大きな復元力を得やすい。そして、接点８０a,８０bが接触してからマイクロ可動部７３を撓ませればよいため、マイクロ可動部７３自体を撓ませる量は少なく、低駆動力で十分な接触圧力を得ることができる。この第２の実施形態では静電式アクチュエータを用いているが、駆動機構７８a,７８bの下部電極と上部電極が十分接近した状態からマイクロ可動部７３を撓ませるために低電圧で駆動可能となる。
【００９８】
また、接点を開離させるときは、反対側の接点を接触させるように、反対側の駆動機構６６a,６６を動作させることにより容易に駆動力を得ることができるが、マイクロ可動部７３が固定されていないため、図１１Ａ,図１１Ｂに示す従来のねじれ部を備えたものと比べて低電圧で駆動できる。
【００９９】
図８Ａに示すように、マイクロ可動部７３は基板７０側の支持構造７２や封止構造７のいずれにも固定されていないが、基板７０側の支持構造７２に形成された弾性変形部７６a,７６bと、マイクロ可動部７３に形成された弾性変形部８１a,８１bによって、基板７０側および封止構造７側のいずれの側においてもマイクロ可動部７３を支持できるように構成されている。これにより、基板７０が重力に対して反転するように動かされた場合や、外部から衝撃が加えられたときにおいても弾性変形部７６a,７６bと弾性変形部８１a,８１bが衝撃を吸収して、マイクロ可動部７３に加わる衝撃を弱めることができる。
【０１００】
また、マイクロ可動部７３に形成されたストッパー７５a,７５bおよび封止構造７に形成されたストッパー７９a,７９bにより基板７０側および封止構造７側のいずれの位置に支持される場合においても、支持位置が、基板７０の水平方向にほとんど変位しないようになっている。これにより、基板７０が重力に対していずれの方向に保持されても、接点８０a,８０bの開閉操作を行うことができる。
【０１０１】
また、ストッパー７５a,７５bにより、マイクロ可動部７３の支持位置が接点８０a,８０bとマイクロ可動部７３の支持位置との距離がほとんど変位しないようになっている。これにより、駆動機構７８a,７８bの駆動力を効率よく接点８０a,８０bの押し付けに使うことができる。
【０１０２】
次に、この第３の実施形態のマイクロ接点開閉器の接点開閉操作について説明する。例えば、駆動機構７８aによりマイクロ可動部７３を駆動し、接点８０aを接触させるとき、図８Ｃおよび図８Ｄに示すように、弾性変形部７６a,７６bは、マイクロ可動部７３よりも弾性定数の低いため、マイクロ可動部７３が支持される支持端部７１aの位置が基板７０側に近づくように、あるいは接点８０aの可動接点と固定接点が近づくように変位する。一方の支持端部７１b側は、支持端部７１bとマイクロ可動部７３の間に隙間が形成されているため、この隙間を利用してマイクロ可動部７３は、支持端部７１bから離れて基板７０から遠ざかるように動くことができる。これによって、図１１に示す従来のねじれ部で支持する構造や、さらには本発明の第１の実施形態のように支持端部が変位しない構造に比べ、低電圧で駆動でき、接点を押し付けるときの駆動力も、マイクロ可動部７３の自体を撓ませる量が少ないために低電圧(低駆動力)で可能となる。
【０１０３】
また、接点８０aを開離させるときは、反対側の接点８０bを接触させるように、反対側の駆動機構７８bを動作させることにより容易に駆動力を得ることができるが、マイクロ可動部７３が支持端部７１a,７１bに固定されていないため、図１１に示す従来のねじれ部を備えたものと比べて低電圧で駆動できる。これにより、図８Ａ〜図８Ｄに示すように、マイクロ可動部７３の支持位置が変位可能なように構成することで、接点が接着して接点が開離できなくなることを抑制し、より長期の接点開閉操作が繰り返しできるようになる。
【０１０４】
(第４の実施形態)
図９Ａは本発明の第４の実施形態のマイクロ接点開閉器の構成を示す垂直断面図であり、図９Ｂは図９ＡのIXB−IXB線から見たマイクロ接点開閉器の構成を示す水平断面図である。ここで、マイクロ可動部の周辺については第１の実施形態のマイクロ接点開閉器と同様のために省略している。図９Ａは、図９ＢのIXA−IXA線から見た垂直断面を示している。
【０１０５】
この第４の実施形態のマイクロ接点開閉器は、図９Ａ,図９Ｂに示すように、基板９５と、この基板９５上に形成された固定接点とその固定接点から離れた位置に形成された可動接点とからなる接点９０a〜９０dと、接点９０a〜９０dを接触または開離させる十字形状のマイクロ可動部９６と、基板９５上に固定され、マイクロ可動部９６の中央下側に形成された十字形状の支持構造９４と、マイクロ可動部９６を夫々駆動する駆動機構９１a〜９１dと、接点９０a〜９０dとマイクロ可動部９６などを封止する封止構造６を備えている。この第４の実施形態では、駆動機構９１a〜９１dに、上部電極と下部電極で構成された静電式アクチュエータを用いている。前記マイクロ可動部９６は、基板９５と封止構造６により形成されたキャビティ内に封止されている。
【０１０６】
図９Ａ,図９Ｂのように、本発明の第３の実施形態と同様に、支持構造９４の弾性変形部９２a〜９２dおよびマイクロ可動部９６の弾性変形部９３a〜９３dを配置することによって、４つの接点９０a〜９０dを切り替える接点開閉が可能となる。
【０１０７】
さらに、この第４の実施形態では、４つの駆動機構９１a〜９１dを選択的に駆動させることで任意の位置の接点を複数個同時に接触させることもできる。
【０１０８】
この第４の実施形態のマイクロ接点開閉器は、第３の実施形態のマイクロ接点開閉器と同様の効果を有する。
【０１０９】
また、この第２の実施形態のマイクロ接点開閉器によれば、例えば、後述する第３の実施形態のように２つのアンテナと送信部と受信部とを備えた無線通信機器において、４つの接点を有するマイクロ接点開閉器を用いることによって、信号線等の配置の最適な回路構成を実現することができる。
【０１１０】
(第５の実施形態)
図１０は本発明の第５の実施形態のマイクロ接点開閉器を用いた無線通信機器の構成図を示している。
【０１１１】
この第５の実施形態の無線通信機器では、図１０に示すように、送信部１４３と、受信部１４４と、送信部１４３からの電波として送信すると共に受信部１４４への受信信号を電波として受信するためのアンテナ１３０a,１３０bと、２つのアンテナ１３０a,１３０bに一端が夫々接続され、他端同士が接続された２つのマイクロ接点開閉器１４０a,１４０bと、その２つのマイクロ接点開閉器１４０a,１４０bの他端に一端が夫々接続された２つのマイクロ接点開閉器１４２a,１４２bとを備えている。前記マイクロ接点開閉器１４０a,１４０bおよび１４２a,１４２bに本発明のマイクロ接点開閉器を用いている。
【０１１２】
前記送信部１４３の出力をミキサ１４５の一端に接続し、ミキサ１４５の他端をアンプ１４８の入力に接続している。前記アンプ１４８の出力を帯域通過フィルタ１４６の入力に接続し、帯域通過フィルタ１４６の出力をパワーアンプ１４７の入力に接続している。前記パワーアンプ１４７の出力を一方のマイクロ接点開閉器１４２bの他端に接続している。また、他方のマイクロ接点開閉器１４２aの他端をローノイズアンプ１３１の入力に接続し、ローノイズアンプ１３１の出力を帯域通過フィルタ１３２の入力に接続している。前記帯域通過フィルタ１３２の出力をミキサ１３３の一端に接続し、ミキサ１３３の他端をアンプ１３５の入力に接続し、アンプ１３５の出力を受信部１３４の入力に接続している。前記ミキサ１４５,１３３にＰＬＬ(Phase-Locked Loop:位相同期ループ)発振回路１３４からの局部発振信号を供給する。
【０１１３】
前記構成の無線通信機器は、送信時には、ＰＬＬ発振回路１３４からの高周波の局部発振信号に基づいて、送信部１４３からの送信信号をＰＬＬ(Phase-Locked Loop:位相同期ループ)１３４で発生した高周波と変調し、ミキサ１４５でミキシングして特定の周波数に変換し、帯域通過フィルタ１４６でそれ以外の不要な周波数信号を除去し、パワーアンプ１４７で増幅後、送信側のマイクロ接点開閉器１４２bとアンテナ側のマイクロ接点開閉器１４０aまたは１４０bを経由してアンテナ１３０aまたは１３０bから送信信号が送信される。
【０１１４】
一方、受信時には、マイクロ接点開閉器１４０aで接続された側のアンテナ１３０aまたはマイクロ接点開閉器１４０bで接続された側のアンテナ１３０bから入った信号が受信側のマイクロ接点開閉器１４２aを経由して、ローノイズアンプ１３１で増幅され、帯域通過フィルタ１３２に不要周波数信号を除去後、ＰＬＬ発振回路１３４からの高周波の局部発振信号とその信号をミキサ１３３でミキシングし、受信周波数に変換された受信信号が受信部１４４に供給される。
【０１１５】
このように、本発明のマイクロ接点開閉器を用いることにより、送受信切り替え時に、マイクロ接点開閉器の接点が接着しにくく、接点の劣化が少ない無線通信機器が得られる。
【０１１６】
また、図１０に示すように、受信状態に応じて受信に使用するアンテナ１３０a,１３０bを切り替えるために本発明のマイクロ接点開閉器１４０a,１４０bを用いることによって、受信状態に応じてアンテナを切り替えるときに、マイクロ接点開閉器の接点が接着しにくく、接点の劣化が少ない信頼性の高い無線通信機器が得られる。
【０１１７】
さらに、図９に示す第４の実施形態のマイクロ接点開閉器を用いれば、図１０に示す４つの接点をひとつのマイクロ接点開閉器で任意接点を複数選択して切り替えることができる。これにより、受信状態に応じてアンテナを切り替えるときに、マイクロ接点開閉器の接点が接着しにくく、接点の劣化が少ない信頼性の高い無線通信機器が得られる。
【０１１８】
ここでは、図１０に示すＲＦ(無線周波数)送受信方式を用いているが、送受信方式はこれに限るものでなく、本発明のマイクロ接点開閉器は、アンテナと送信部の接続またはアンテナと受信部の接続を切り替える場合に効果が得られるもので、送受信の方式に依存するものではく、他の送受信の方式であっても同様の効果が得られることは明らかである。
【０１１９】
また、アンテナがひとつの場合は、アンテナを切り替えるためのマイクロ接点開閉器１４０は不要であるし、マイクロ接点開閉器１４０がなくても、送受信を切り替えるマイクロ接点開閉器１４２a,１４２bの効果に変わりがないことは言うまでもない。
【０１２０】
前記第１,第２の実施形態では、両端に２つの可動接点を有するかまたは四方に４つの可動接点を有するマイクロ接点開閉器について説明したが、可動接点が１つのマイクロ接点開閉器に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１Ａ】図１Ａは本発明の第1の実施形態のマイクロ接点開閉器の構成を示す垂直断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは前記マイクロ接点開閉器の駆動時の状態を示す垂直断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは前記マイクロ接点開閉器が上下反転して設置されたときの駆動時の状態を示す垂直断面図である。
【図２】図２は図１ＡのII−II線から見たマイクロ接点開閉器の水平断面図である。
【図３】図３は前記マイクロ接点開閉器の製造工程を示す断面図である。
【図４】図４は図３に続くマイクロ接点開閉器の製造工程を示す断面図である。
【図５】図５は図４に続くマイクロ接点開閉器の製造工程を示す断面図である。
【図６】図６は図５に続くマイクロ接点開閉器の製造工程を示す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは本発明の第２の実施形態のマイクロ接点開閉器の構成を示す垂直断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは前記マイクロ接点開閉器の駆動時の状態を示す垂直断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは前記マイクロ接点開閉器が上下反転して設置されたときの駆動時の状態を示す垂直断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは図７ＡのVIID−VIID線から見たマイクロ接点開閉器の構成を示す水平断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは本発明の第３の実施形態のマイクロ接点開閉器の構成を示す垂直断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは前記マイクロ接点開閉器の垂直断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは前記マイクロ接点開閉器の駆動時の状態を示す垂直断面図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは前記マイクロ接点開閉器が上下反転して設置されたときの駆動時の状態を示す垂直断面図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは図８ＡのVIIIE−VIIIE線から見たマイクロ接点開閉器の構成を示す垂水平断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは本発明の第４の実施形態のマイクロ接点開閉器の構成を示す垂直断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは図９ＡのIXB−IXB線から見たマイクロ接点開閉器の構成を示す水平断面図である。
【図１０】図１０は第５の実施形態の無線通信機器の構成図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは従来のマイクロ接点開閉器の構成を示す断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは前記マイクロ接点開閉器の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１２２】
６,７,８,９…封止構造
１０…基板
１１…絶縁層
１２…マイクロセル
１３…壁
１４…マイクロセル
１５…天井部
１６…封止膜
１７…支持構造
１８a,１８b…支持端部
１９a,１９b…支持端部
２０…マイクロ可動部
２０a…窓
２１a,２１b…ストッパー
２２a,２２b…端部
２３a,２３b…中間支点
２４a,２４b…下部電極
２５a,２５b…駆動機構
２６a,２６b…固定接点
２７a,２７b…可動接点
２８…貫通穴
２９…キャビティ
３０…シリコン基板
３１…シリコン窒化膜
３２…配線パターン
３３…シリコン酸化膜
３４…導電層
３５…犠牲層
３６…導電層
３８…犠牲層
３９…導電層
４０…支持端部
４１…犠牲層
４２…導電層
４３…排出孔
４４…マイクロ可動部
４５a,４５b…支持端部
４６…支持構造
４７a,４７b…支持端部
４８…ストッパー
４９…キャビティ
５０…封止構造
５１…封止膜
６０…基板
６１a〜６１d…支柱
６２a,６２b…支持端部
６３…マイクロ可動部
６４…支持部
６５a,６５b…ストッパー
６６a,６６b…駆動機構
６７a,６７b…接点
６８a,６８b…支持端部
７０…基板
７１a,７１b…支持端部
７２…支持構造
７３…マイクロ可動部
７３a…窓
７４…中間支持部
７５a,７５b…ストッパー
７６a,７６b…弾性変形部
７８a,７８b…駆動機構
７９a,７９b…ストッパー
８０a,８０b…接点
８１a,８１b…弾性変形部
９０a〜９０d…接点
９１a〜９１d…駆動機構
９２a〜９２d…弾性変形部
９３a〜９３d…弾性変形部
９４…支持構造
９５…基板
９６…マイクロ可動部
１３０a,１３０b…アンテナ
１３１…ローノイズアンプ
１３２…帯域通過フィルタ
１３３…ミキサ
１３４…ＰＬＬ発振回路
１３５…アンプ
１４０a,１４０b…マイクロ接点開閉器
１４２a,１４２b…マイクロ接点開閉器
１４３…送信部
１４４…受信部
１４５…ミキサ
１４６…帯域通過フィルタ
１４７…パワーアンプ
１４８…アンプ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2006216258.tif 000012
【図７Ｃ】
2006216258.tif 000013
【図７Ｄ】
2006216258.tif 000014
【図８Ａ】
2006216258.tif 000015
【図８Ｂ】
2006216258.tif 000016
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
2006216258.tif 000018
【図８Ｅ】
2006216258.tif 000019
【図９Ａ】
2006216258.tif 000020
【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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