(57)【要約】【課題】  信号線と直交する方向の幅が小さく、然もスイッチオン／オフのための制御電圧を節減すると共にプロセス条件を軽減させることが可能なマイクロマシンスイッチを提供する。【解決手段】  本発明に係るマイクロマシンスイッチは、基板１上を伸びる信号線２に対して作用電極８を接近離間させることによって、該信号線２の導通／非導通を切替え制御するものであって、基板１の表面に配備された支持部５と、該支持部５に突設されて基板１の表面から離間した位置を基板１に沿って伸びる片持ちの第１アーム部７と、該第１アーム部７の先端部に設けられた上部電極４と、該上部電極４に突設されて基板１の表面から離間した位置を基板１に沿って伸びる第２アーム部6aと、該第２アーム部6aの先端部に設けられた作用電極８と、基板１の表面に上部電極４と対向して配備された下部電極９とを具え、第１アーム部７の突設方向と第２アーム部6aの突設方向とが互いに９０度の角度で交叉している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板(１)上を伸びる信号線(２)に対して作用電極(８)を接近離間させることによって、該信号線(２)の導通／非導通を切替え制御するマイクロマシンスイッチにおいて、基板(１)の表面に配備された支持部(５)と、該支持部(５)に突設されて基板(１)の表面から離間した位置を基板(１)に沿って伸びる片持ちの第１アーム部(７)と、該第１アーム部(７)の先端部に設けられた上部電極(４)と、該上部電極(４)に突設されて基板(１)の表面から離間した位置を基板(１)に沿って伸びる第２アーム部(6a)と、該第２アーム部(6a)の先端部に設けられた作用電極(８)と、基板(１)の表面に前記上部電極(４)と対向して配備された下部電極(９)とを具え、前記第１アーム部(７)の突設方向と前記第２アーム部(6a)の突設方向とが一直線でないある角度で交叉していることを特徴とするマイクロマシンスイッチ。
【請求項２】
前記第１アーム部(７)の突設方向と前記第２アーム部(6a)の突設方向とが互いに９０度若しくは略９０度の角度で交叉している請求項１に記載のマイクロマシンスイッチ。
【請求項３】
前記第１アーム部(７)の突設方向は信号線(２)と平行であると共に、前記第２アーム部(6a)の突設方向は信号線(２)と直交している請求項２に記載のマイクロマシンスイッチ。
【請求項４】
前記支持部(５)、第１アーム部(７)、上部電極(４)、第２アーム部(6a)及び下部電極(９)は、信号線(２)を挟んで両側に各々一対ずつ線対称の位置関係に配備され、一対の第２アーム部(6a)(6a)は互いに接近する方向に伸びて、それぞれの先端部が前記作用電極(８)と連結されている請求項１乃至請求項３の何れかに記載のマイクロマシンスイッチ。
【請求項５】
前記第２アーム部(6a)は絶縁性材料から形成されている請求項１乃至請求項４の何れかに記載のマイクロマシンスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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の技術分野に属し、特に基板上を伸びる信号線の導通／非導通を切替え制御するマイクロマシンスイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のマイクロマシンスイッチは、図８及び図９に示す如く、ガラス製の基板(10)の表面に形成された信号線(20)に対して、作用電極(80)を接触又は離間させることにより、信号線(20)の導通／非導通を制御するものである(特許文献１参照)。
【０００３】
該マイクロマシンスイッチは、基板(10)上の信号線(20)を挟んで両側に設けられた左右一対のシリコン製の支持部(50)(50)と、該支持部(50)(50)から互いに接近する方向に伸びる左右一対のシリコン製のアーム部(70)(70)と、該アーム部(70)(70)の先端部に設けられた左右一対のシリコン製の上部電極(40)(40)と、両上部電極(40)(40)の裏面に跨って架設された絶縁性部材(60a)とを具え、該絶縁性部材(60a)の表面中央部にシリコン製の補強部(30)が設けられると共に、該絶縁性部材(60a)の裏面中央部には、信号線(20)の断線部分に対向して、前記作用電極(80)が形成されている。
一方、基板(10)の表面には、左右一対の上部電極(40)(40)との対向位置に、左右一対の下部電極(90)(90)が形成されている。
【０００４】
上記マイクロマシンスイッチにおいては、上部電極(40)(40)と下部電極(90)(90)の間に静電気力を発生させることにより、図１０に示す如く、左右一対のアーム部(70)(70)が弾性変形して、作用電極(80)が信号線(20)に接触することになる。又、前記静電気力を消失させることにより、第１アーム部(70)(70)が弾性復帰して、信号線(20)から作用電極(80)が離間する。
【特許文献１】特許第３５３８１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図８に示すマイクロマシンスイッチにおいては、それぞれ左右一対のアーム部(70)(70)と絶縁性部材(60a)(60a)が一直線上に配備されているため、信号線(20)と直交する方向の幅Ｗ′が大きくなり、基板(10)上の隣接する回路部分(図示省略)との干渉の問題が生じるばかりでなく、両アーム部(70)(70)が両持ち梁(両端固定梁)を構成しているため、スイッチオン／オフ動作に関与するバネ定数が大きなものとなる。この結果、図９に示すスイッチオフの状態から図１０に示すスイッチオンの状態に弾性変形したときの内部応力が大きくならざるを得ず、その内部応力に打ち勝つための大きな静電気力を発生させるべく、大きな制御電圧が必要となる問題があった。
更に、一対のアーム部(70)(70)及び絶縁性部材(60a)(60a)に存する内部応力が小さくなるように制御するというプロセス上の厳しい制約が課されていた。
【０００６】
そこで本発明の目的は、信号線と直交する方向の幅が小さく、然もスイッチオン／オフのための制御電圧を節減し、更にプロセスを容易にすることが可能なマイクロマシンスイッチを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るマイクロマシンスイッチは、基板(１)上を伸びる信号線(２)に対して作用電極(８)を接近離間させることによって、該信号線(２)の導通／非導通を切替え制御するものであって、基板(１)の表面に配備された支持部(５)と、該支持部(５)に突設されて基板(１)の表面から離間した位置を基板(１)に沿って伸びる片持ちの第１アーム部(７)と、該第１アーム部(７)の先端部に設けられた上部電極(４)と、該上部電極(４)に突設されて基板(１)の表面から離間した位置を基板(１)に沿って伸びる第２アーム部(6a)と、該第２アーム部(6a)の先端部に設けられた作用電極(８)と、基板(１)の表面に前記上部電極(４)と対向して配備された下部電極(９)とを具え、前記第１アーム部(７)の突設方向と前記第２アーム部(6a)の突設方向とが一直線でないある角度で交叉している。
【０００８】
上記本発明のマイクロマシンスイッチにおいては、上部電極(４)と下部電極(９)の間に静電気力を発生させることによって、信号線(２)に対して作用電極(８)が接近する。一方、第１アーム部(７)の弾性復帰力によって、信号線(２)から作用電極(８)が離間する。
ここで、第１アーム部(７)の突設方向と第２アーム部(6a)の突設方向とは互いに一直線でないある角度で交叉しているので、信号線(２)と直交する方向の幅は、従来のマイクロマシンスイッチの如く第１アーム部(７)までもが一直線上に配列された構成における幅よりも小さなものとなる。
又、第１アーム部(７)は、第２アーム部(6a)に対して折れ曲がっているので、その先端部が自由に変位可能な片持ち梁(一端固定梁)を構成することになる。従って、スイッチオン状態で第１アーム部(７)に作用する弾性復帰力は、従来の如くアーム部が両持ち梁を構成していた場合に比べて、小さなものとなり、スイッチオン／オフのための制御電圧の節減が図られる。
又、第１アーム部(７)及び第２アーム部(6a)の内部応力が自ずから解放されるために、内部応力の影響が軽減される。
【０００９】
具体的構成において、第１アーム部(７)の突設方向は信号線(２)と平行であると共に、第２アーム部(6a)の突設方向は信号線(２)と直交している。
これによって、マイクロマシンスイッチの信号線とは直交する方向の横幅が最小化されると共に、制御電圧が最小化される。
【００１０】
更に具体的な構成において、支持部(５)、第１アーム部(７)、上部電極(４)、第２アーム部(6a)及び下部電極(９)は、信号線(２)を挟んで両側に各々一対ずつ線対称の位置関係に配備され、一対の第２アーム部(6a)(6a)は互いに接近する方向に伸びて、それぞれの先端部が前記作用電極(８)と連結されている。
該具体的構成においても同様に、信号線(２)と直交する方向の幅は、一直線上に配列されたそれぞれ一対の上部電極(４)(４)、第２アーム部(6a)(6a)及び作用電極(８)の長さと同等、若しくは該長さよりも僅かに大きなものとなるに過ぎない。
又、左右一対の第１アーム部(７)(７)は、左右一対の第２アーム部(6a)(6a)に対して一直線でないある角度で折れ曲がっているので、その先端部が自由に変位可能な片持ち梁を構成することになる。従って、スイッチオン／オフのための制御電圧の節減が図られる。
又、第１アーム部(７)及び第２アーム部(6a)の内部応力が自ずから解放されるために、内部応力の影響が軽減される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るマイクロマシンスイッチによれば、信号線と直交する方向の幅の狭小化とスイッチオン／オフのための制御電圧の節減を図ることが出来る。更に、内部応力が解放されることからプロセス条件が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係るマイクロマシンスイッチは、その基本構成において図８に示す従来のマイクロマシンスイッチと同一であって、図１〜図４に示す如く、ガラス製の基板(１)上には、途中に断線部を有する信号線(２)が形成されており、該信号線(２)には、スイッチオン時に直流若しくは数百ＧＨｚ帯までの高周波信号が流れることになる。
【００１３】
信号線(２)の両側には、一対のシリコン製の支持部(５)(５)が形成され、両支持部(５)(５)から信号線(２)と平行に左右一対のシリコン製の第１アーム部(７)(７)が基板(１)から離間した位置を伸びており、両第１アーム部(７)(７)の先端部には、左右一対のシリコン製の上部電極(４)(４)が形成されている。
【００１４】
更に両上部電極(４)(４)に跨って絶縁性部材(６)が設置され、該絶縁性部材(６)によって、信号線(２)と直交して互いに接近する方向に伸びる左右一対の第２アーム部(6a)(6a)が形成されている。そして、該絶縁性部材(６)の中央部表面にはシリコン製の補強部(３)が形成されると共に、その裏側には、信号線(２)の断線領域に対向して、信号線(２)に接触すべき作用電極(８)が形成されている。
一方、基板(１)の表面には、左右一対の上部電極(４)(４)と対向して、左右一対の下部電極(９)(９)が形成されている。
【００１５】
尚、上記のマイクロマシンスイッチは、第１アーム部(７)と第２アーム部(6a)とが互いに直交している点においてのみ従来のマイクロマシンスイッチと構造が異なるに過ぎないので、従来と同様の製造工程を経て容易に作製することが出来る。
【００１６】
上記本発明のマイクロマシンスイッチにおいては、上部電極(４)(４)と下部電極(９)(９)の間に静電気力を発生させることによって、図５、図６及び図７に示す如く左右一対の第１アーム部(７)(７)が弾性変形して作用電極(８)が信号線(２)に接触し、信号線(２)が導通状態、即ちスイッチオンとなる。前記静電気力を消失させると、図２、図３及び図４に示す如く両第１アーム部(７)(７)が弾性復帰して、信号線(２)から作用電極(８)が離間し、信号線(２)が非導通状態、即ちスイッチオフとなる。
【００１７】
ここで、第１アーム部(７)(７)の突設方向と第２アーム部(6a)の突設方向とは互いに９０度の角度で交叉しているので、図１に示す如くマイクロマシンスイッチの信号線(２)と直交する方向の幅Ｗは、一直線上に配列された左右一対の上部電極(４)(４)、左右一対の第２アーム部(6a)(6a)及び補強部(３)の長さ(例えば６００μm)と等しくなり、一対の支持部(５)(５)や第１アーム部(７)(７)までもが一直線上に配列されていた従来のマイクロマシンスイッチの幅よりも、大幅に小さなものとなる。
【００１８】
尚、マイクロマシンスイッチの信号線(２)に沿う方向の幅Ｖは、信号線(２)と平行な一直線上に配列された支持部(５)、第１アーム部(７)及び上部電極(４)の長さ(例えば５５０μm)と等しい大きさとなるが、信号線(２)の両側に配備されることとなる他の回路部との関係では、この幅Ｖの大きさが問題となることはなく、むしろ信号線(２)と直交する方向の幅Ｗの狭小化により、信号線(２)の両側に配備されることとなる他の回路部との干渉が有効に回避される。
【００１９】
又、上記本発明のマイクロマシンスイッチにおいては、第１アーム部(７)が第２アーム部(6a)に対して９０度の角度で折れ曲がっているので、該第１アーム部(７)は、その先端部が自由に変位可能な片持ち梁を構成することになる。従って、マイクロマシンスイッチのスイッチオン／オフ動作に関与するバネ定数は小さなものとなる。この結果、スイッチオン状態で第１アーム部(７)に作用する弾性復帰力は、アーム部が両持ち梁を構成していた従来のマイクロマシンスイッチに比べて遙かに小さなものとなり、例えばスイッチオンのために作用電極(８)を３μm変位させる際の制御電圧を２０Ｖ程度と、従来の数十Ｖよりも大幅に節減することが出来る。
又、第１アーム部(７)及び第２アーム部(6a)の内部応力が自ずから解放されるために、内部応力の影響が軽減される。
【００２０】
更に上記本発明のマイクロマシンスイッチにおいては、信号線(２)の両側にそれぞれ、支持部(５)、第１アーム部(７)、上部電極(４)及び第２アーム部(6a)からなるスイッチ機能部を配備し、両第２アーム部(6a)(6a)を補強部(３)にて互いに連結した構造を有しているので、信号線(２)の片側にのみスイッチ機能部を設けたマイクロマシンスイッチに比べて、スイッチオン状態における作用電極(８)と信号線(２)の接触状態が安定し、動作信頼性が高まることになる。
【００２１】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば上記実施例では、途中に断線部分を有する信号線(２)に作用電極(８)を接触させて信号線(２)を導通状態とするマイクロマシンスイッチを構成しているが、信号線(２)の非断線部分に作用電極(８)を接近させることにより信号線(２)と接触電極(８)の間に容量成分を形成して、高周波信号の通過を遮断する、所謂シャント型のマイクロマシンスイッチを構成することも可能である。
又、第２アーム部(6a)(6a)を絶縁性部材以外のメタル、半導体で構成してもよい。このとき、４０ＧＨｚ以上の高い周波数において漏れが増大するが、プロセスが容易となる利点がある。更に、基板(１)はガラス以外のＧａＡｓ、セラミック等の絶縁性材料から構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るマイクロマシンスイッチの平面図である。
【図２】スイッチオフ時における図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】スイッチオフ時における図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】スイッチオフ時における図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図５】スイッチオン時における図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】スイッチオン時における図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図７】スイッチオン時における図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図８】従来のマイクロマシンスイッチの平面図である。
【図９】スイッチオフ時における図８のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図１０】スイッチオン時における図８のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
(１)  基板
(２)  信号線
(３)  補強部
(４)  上部電極
(５)  支持部
(６)  絶縁性部材
(７)  第１アーム部
(6a)  第２アーム部
(８)  作用電極
(９)  下部電極
【図１】
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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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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