(57)【要約】【課題】低電圧で駆動でき、且つ高速で駆動できるマイクロスイッチを提供する。【解決手段】接点を有する可動部を静電気により駆動させさる一対の電極を有し、さらに駆動方向に垂直方向の移動を制限するため二対の電極を有することでの可動部を構造体から基本的に浮かせることにより外部からの力を可能な限り小さくすることにより低電圧で且つ高速にスイッチング動作できる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電気を駆動源としたスイッチにおいて、接点となる電極を有する略板状の可動部の一
部分あるいは全部が静電気により他の構造体から浮かすことを特徴としたマイロメカニカルスイッチにおいて可動部を動かす静電気力を発生する電極以外に可動方向と垂直方向での可動部の移動を限定する為の静電気力を作り出す電極を設けたことを特徴とするマイクロメカニカルスイッチ。
【請求項２】
請求項１において、可動部が接することで可動部自体に電位を供給する為の電極を設けたことを特徴とする請求項１のマイクロメカニカルスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主に移動体通信等に利用される高周波帯域で利用されるマイクロメカニカルスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信においてはマルチメディアへの対応の為、ますます通信波長の高周波化が進められている。例えば１０ＧＨｚのような従来使用されている高周波帯域よりさらに高い周波数領域が必要になるとされている。このような高い周波数領域では旧来の半導体を用いた素子では挿入損失が大き過ぎ且つアイソレーションが不十分な為実用上十分な性能が得られていない。このことから挿入損失及びアイソレーションの面で十分な性能の得られるマイクロマシン技術を用いた高周波スイッチの開発が進められている。その一つの方法として、［特許文献１］に代表的に示されるようにスイッチング用の板状の電極を静電気等で曲げ信号線に接触させたりする方法が提案されているが、この場合曲げるために２４Ｖ程度の大きな電位を必要とすることがありさらにこのような大きな電圧ではスイッチング用の電極が信号線に接触する時に大きな力が加わり信頼性の上でも問題があった。これを改善する為のスイッチが［非特許文献１］に提案されている。この場合、可動部は基本的に構造体から浮き。上下の電極でプッシュプル方式で動作する為、外部から大きな力が加わらないようにでき且つ低電圧で駆動できるが、可動部は可動方向以外の外部からの加速度により可動部が支持用の柱に接触することで摩擦による力を受けるといった欠点があった。
【特許文献１】特開2002-260498  スイッチ装置
【非特許文献１】2005年春季 第65回応用物理学関係連合講演会予稿集
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは可動部を中空に浮かせる場合において外部から加わる加速度により可動部が他の可動部の動く方向以外で可動部が構造体に接触することを防ぐことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
接点を有する可動部を静電気により駆動させさる一対の電極を有し、さらに駆動方向に垂直方向の移動を制限するため二対の電極を有することでの可動部を構造体から基本的に浮かせることにより外部からの力を可能な限り小さくする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明による構造であれば不要な力が可動部に加わらない為低電圧で駆動でき且つ高速で可動部を駆動することができる。またメカニカルなスイッチングである為不要な寄生容量及び電流が洩れる部分も無いことから挿入損失及びアイソレーションといった特性も良好である。さらに可動部の板厚も弾性変形を利用しない為適切な範囲で充分厚く取れることから信頼性を高められる。また可動部に静電気力を加える場合この力を適切に制御できれば信号線への接触の瞬間のダメージは低減可能である。これによりさらに信頼性を高めることができる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
静電気を駆動源としたスイッチにおいて、接点となる電極を有する略板状の可動部の一
部分あるいは全部が静電気により他の構造体から浮かされたことを特徴としたマイクロメカニカルスイッチ。
【実施例】
【０００７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。但し図面はもっぱら説明の為のものであって、本発明の技術的範囲を限定するものでない。
【０００８】
図１．は応用物理学会に報告された構造図であり説明のために図２では図１を３つの部分に分解し示してある。基板上に駆動用電極１、３また可動部５を介し対抗した場所に駆動用電極２、４が配置されている。ここで可動部を３Ｖに帯電しておき駆動用電極１及び２をグラウンド電位とし、駆動用電極３，４を３Ｖとすると、可動部５は傾き駆動用電極１，２に接触し駆動用電極２，４と反発するためＡ信号線７を短絡し、Ｂ信号線８を開放とする。駆動用電極１，２を３Ｖとし、駆動用電極３，４をグラウンド電位とした場合まったく逆にＡ信号線７は開放され、Ｂ信号線８は短絡される。この際可動部の平面方向での動きは支持部６に接触することで制限される。
【０００９】
図３．は本発明によるスイッチの構造図である。説明の為３つの要素に分解した状態を図４．に示す。まず基板上に駆動用電極及１１及び可動部位置制限用電極１４が設けられている。この中に可動部がはめ込まれ、さらに上部駆動用電極１２がこれらを覆うことになる。実際には図３に示すような組み立て形状となる。可動部１３は上部電極に接している場合、電圧供給部１６より３Ｖの電位を印加され、下部電極と接している場合では信号線１５自体から３Vの電位を印加される。信号線１５では信号とは別に常時３Vにバイアスされ信号線１５は静電容量を介し信号線１５に供給されている。これらにより可動部１３は常に３V程度に帯電している。また信号線１５及び電圧供給部１６は下部電極１１及び上部電極１２より可動部１３側に張り出しており可動部が動いた場合でも以外に可動部１３が信号線１５及び電圧供給部１６以外に接触しないようにしている。信号線１５は中央で分離されており、ここに可動部１３が接したときのみ導通する。
【００１０】
動作を説明すると、上部電極１２を３Vとし、下部電極１１をグウランドとした場合可動部は下部電極に接し、中央部に開放部を設けた信号線１５を短絡させ、スイッチONの状態となる。これに対し上部電極１２をグラウンド電位、下部電極１１を３Vとした場合可動部は上部電極に接し信号線１５は開放されスイッチはOFF状態となる。この時可動部１３の周囲には凹凸形状が設けられておりこれは対抗して設けられている可動部位置制限用電極１４の凹凸上の電極とで反発し合い可動部１３の可動方向と垂直方向での移動を制限している。外部から可動方向と垂直の重力が加わる場合を想定すると、本設計では構造体をニッケルとした場合、可動部１３と可動部位置制限用電極１４とのギャップは最小では約３μｍとなり、接することを妨げることができる。この為本発明によるスイッチはどのような角度においても信号線１５及びの構造体には可動部１３は触れずにスイッチング動作を行える。
【００１１】
製造プロセスの例に付き図５を基に説明する。材料及び構造は説明の為のものであり本発明の技術的範囲を限定するものでない。例えばガラス基板上にＣｒ／Ｔｉパターンをリフトオフ法により形成する。これは上部駆動用電極１１、信号線１５、可動部位置制限用電極１４のパターンに適用される。ここで信号線１５の一部あるいは可動部位置制限用電極１４は他の部分より金メッキにより厚くするこれを図５ａに示す。この上に可動部の下にギャップを与える為可動部位置制限用電極１４の鋳型を厚さ５μｍのレジストあるいはアルカリにより容易に溶かすことのできる金属により形成する。ここにニッケルメッキを満たすことで可動部制限用電極１４は形成される。これを図５ｂに示す。この上に可動位置部制限用電極を形成したのと同様な方法でニッケルメッキにより可動部１３及び可動部位置制限用電極１４を形成する。これを図５ｃに示す。さらに上部電極１２を下部電極１１と同様な方法で別の基板に形成した上部電極を陽極接合により貼り合わせることで完成する。これを図５ｄに示す。
【００１２】
このようにして本発明による高周波スイッチが形成できる。このような構造では、可動部には接触による摩擦などの力や曲げ応力などの力が加わることが無く、この為低電圧で且つ高速にスイッチングおおなうことができ且つ高い信頼性を得ることができる
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明の用途として最も期待されるのが携帯電話等のモバイル通信機器の高周波スイッチである。  現在は半導体による固体スイッチが主流であるが、将来予想される更なる高周波化においては挿入損失、アイソレーション共に問題が発生すると考えられている。  本発明は、金属の接点を利用する為、挿入損失は極めて小さく、また空間的に接点を引き離す為アイソレーションも良好である。  さらに可動部に加わる力を最小限にできる為高い信頼性で高速のスイッチングも可能である。  さらに加えるならば接触する際、可動部が浮いている為衝撃が緩和され耐損傷性も高いと考えられ極めて優れた特性を有することとなり、今後予想される１０ＧＨｚ等の高周波帯域でも十分良好な結果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のマイクロマシンによる高周波用スイッチの俯瞰図である。
【図２】図１．のスイッチを３つの要素に分解した図である。
【図３】本発明による高周波用スイッチの俯瞰図である。
【図４】図３．のスイッチを３つの要素に分解した図である。
【図５ａ】本発明によるスイッチの下部電極の製造プロセスを示す図である。
【図５ｂ】本発明によるスイッチの可動部位置制限用電極を加える製造プロセスを示す図である。
【図５ｃ】本発明によるスイッチの可動部を加える製造プロセスを示す図である。
【図５ｄ】本発明によるスイッチの上部で電極を加える製造プロセスを示す図である。
【符号の説明】
【００１５】
１、３  下部駆動用電極
２、４  上部駆動用電極
５  可動部
６  支持部
７  Ａ信号線
８  Ｂ信号線
１１  下部電極
１２  上部電極
１３  可動部
１４  可動部位置制限用電極
１５  信号線
１６  電圧供給部
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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