(57)【要約】基板上に間隔を有する高周波導体を有し、基板上方に設けられたブリッジ構造を備えるMEMSスイッチ。一実施態様において、ブリッジ構造は２つの支持部材に支持された２つの可撓性アームを有し、他の実施態様では、３つの支持部材に指示された３つの可撓性アームを有し、３つの支持部材は第２導体と電気的に一体になっている。ブリッジ構造の下側表面上に対応電極を有する制御電極に制御信号を印加することにより、ブリッジ構造は引き下げられて第１および第２導体間に電気的接触をもたらす。ブリッジの中央補剛部は制御および対向電極間の接触を防止する。
2005528751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板部材と、
前記基板上に設けられ間隔を有する第１および第２導体と、
複数の支持部材と、
基板の上方に設けられ支持部材の各々に接続される複数の可撓性アームを有し中央補剛部を備えるブリッジ構造と、
基板上に設けられ直流制御信号を受けてスイッチを閉位置へ作動する少なくとも１つの制御電極とを備え、
ブリッジ構造は、制御電極に対面する対向電極部を形成する少なくとも１つの金属領域を備える下側表面を有して直流制御信号の制御電極への印加時に静電引力を成生し、
ブリッジ構造は、前記直流制御信号の印加時に、前記静電引力によって引下げられて、第１および第２導体間に電気回路を形成し、
前記中央補剛部は、前記ブリッジ構造が引下げられて前記電気回路を形成するときに、制御電極と対向電極部との間で接触が生じないように、湾曲を阻止する材料からなる微小電気機械システムスイッチ。
【請求項２】
前記基板上に設けられ電気的に相互連結した２つの制御電極と、
前記ブリッジ構造上の２つの対向電極部とを備え、
ブリッジ構造の下側表面は制御電極に対面する対向電極部の領域に全く誘電材料を備えない請求項１記載のスイッチ。
【請求項３】
前記基板上に設けられた唯一の制御電極と、
前記ブリッジ構造上の唯一の対向電極部とを備え、
ブリッジ構造の下側表面は制御電極に対面する対向電極部の領域に全く誘電材料を備えない請求項１記載のスイッチ。
【請求項４】
ブリッジ構造が本質的に平坦な金属ブリッジ部材からなり、中央補剛部が金属ブリッジ部材の上に設けられている請求項１記載のスイッチ。
【請求項５】
中央補剛部が固体酸化物である請求項４記載のスイッチ。
【請求項６】
中央補剛部が珪素酸化物である請求項５記載のスイッチ。
【請求項７】
２つの支持部材を備え、ブリッジ構造が支持部材の各々に接続された２つの可撓性アームを備える請求項１記載のスイッチ。
【請求項８】
可撓性アームが二股に分かれている請求項７記載のスイッチ。
【請求項９】
３つの支持部材を備え、
ブリッジ構造が、支持部材の第１と第２のものにそれぞれ接続される２つの横方向に延びる可撓性アームを備え、ブリッジ構造が支持部材の第３のものに接続される第３アームを備え、少なくとも第３の支持部材が導電性を有し、第３の支持部材が第２導体と電気的に一体である請求項１記載のスイッチ。
【請求項１０】
可撓性アームの少なくとも２つが二股に分かれている請求項９記載のスイッチ。
【請求項１１】
唯一の制御電極が基板上に設けられ、
第１導電体がブリッジ構造の下方に先端を有し、
制御電極が第１導体の先端を部分的に囲む請求項９記載のスイッチ。
【請求項１２】
唯一の制御電極が基板上に設けられ、
第１導体がブリッジ構造の下方に二股に分かれた先端を有し、
二股に分かれた先端が、間隔を有する導体セグメントを形成し、
制御電極が、間隔を有する導体セグメント間の間隔に設けられてなる請求項９のスイッチ。
【請求項１３】
第２導体が、間隔を有する第１および第２導体セグメントを形成する二股に分かれた端部を有し、
第１支持部材は第１導体セグメントと電気的に一体であり、
第２支持部材は第２導体セグメントと電気的に一体である請求項９記載のスイッチ。
【請求項１４】
第１導体が２つの小接点領域の方へ先細り、
第２導体が２つの小接点領域の方へ先細り、
制御電極が第１および第２導体の間に配置されてなる請求項１記載のスイッチ。
【請求項１５】
制御電極が４つのノッチを備え、
各ノッチは接点領域の各々を部分的に囲む請求項１４記載のスイッチ。
【請求項１６】
基板上でブリッジ構造の下方に配置され、ブリッジ構造が引き下げられた時にブリッジ構造が制御電極に接触することを阻止することを助ける高さを有する複数のストッパーを備える請求項１記載のスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府の権利についての説明
政府は、国防省との契約により、この発明において権利を有する。
【０００２】
発明の背景
発明の分野
この発明は一般的にミニチュアスイッチに関し、特にレーダーや他のマイクロ波の用途に有役なMEMSスイッチに関する。
【０００３】
関連技術の説明
種々のMEMS（微小電気機械システム）スイッチは、レーダーや、高周波信号を制御する他の高周波回路に使用され、また、使用に供されている。
これらのMEMSスイッチは、それが比較的高いオフインピーダンスと、比較的低いオンインピーダンスとを持つことができ、低いオフキャパシタンスで、望ましい高いカットオフ周波数と広いバンド幅動作に至るという範囲において一般的に普及している。さらに、MEMSスイッチは小さい設置面積を有し、高い高周波電圧で作動できる。
【０００４】
これらのMEMSスイッチの多くは、一般的に、直流制御信号の印加時に互いに引き合う対向引き下ろし制御電極のような静電素子を有する。
これらの直流制御電極の１つは基板上にあり、誘導体被覆を有する対向電極は基板上方の可動ブリッジの下側に配置される。直流制御信号の印加時にブリッジは引き下げられ、ブリッジの下側における電気的接触によって基板上の間隔を有する第１および第２高周波導体間に電気回路が形成される。
【０００５】
後述するように、このタイプの設計では、静止摩擦（stiction）の可能性がある。静止摩擦は電荷が対向制御電極に接触した時に誘導体の中に電荷が蓄積される状態である。制御電圧が除去されるとき、開かれたと考えられてもなお引力が存在してスイッチが閉を維持するように、蓄積された十分な電荷が残っていることがある。さらに、そのような条件の下では、制御電極の閉鎖点において、超高電界が存在して接触腐食をもたらす。
【０００６】
この発明の目的は、静止摩擦の可能性を除去するMEMSスイッチを提供することである。さらに他の目的は、信頼性が高く、低い高周波損失と高い動作バンド幅とを有するMEMSとを有するMEMSスイッチを提供することである。
【０００７】
発明の要旨
基板部材を有し基板上に間隔を有する第１と第２導体を設けたMEMSスイッチが提供される。ブリッジ構造が中央補剛部を備えて基板の上方に設けられ、複数の支持部材の各々に接続される複数の可撓性アームを有する。少なくとも１つの制御電極が基板上に設けられ、直流制御信号を受け取ってスイッチを閉位置に作動させる。ブリッジ構造は、制御電極に対面する対向電極部を形成するための少なくとも１つの金属領域を備える下側表面を有し、直流制御信号の印加時に静電引力を生じる。ブリッジ構造は、直流制御信号の印加時に、静電引力により引き下げられ、第１および第２導体間に電気回路を形成する。
中央補剛部は、ブリッジ構造が引き下げられて電気回路を形成するときに制御電極と対向電極部間が接触しないように、湾曲を阻止する材料からなる。
さらに、スイッチは、制御電極に対面する対向電極の領域に誘電体材料が存在しないように作成される。
【０００８】
この発明の適用可能範囲は、以下に述べる詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、理解すべきことは、詳細な説明および特定の実施例は、この発明の好ましい実施態様を開示するが、この発明の精神と範囲内の種々の変化や変形は詳細な説明から当業者に明らかになるので、実例のみによって与えられているということである。
【０００９】
この発明は以下に与えられる詳細な説明と添付図面からさらに十分に理解されるが、その図面は縮尺を必要とせず、単に図解したものである。
さらに、上、下、上方、下方等のような空間的な用語は、説明を容易にするためのものであり、構造や方位を限定するものではない。
【００１０】
好ましい実施態様の説明
図１Ａ〜１Ｃを参照すると、MEMSスイッチ１０の１つのタイプの例が示されている。スイッチ１０は図１Ｂに開位置が示され、スイッチが閉位置へ作動したときに通電するための間隔のあいた第１および第２の導体１２、１３を備える。特定の作動機構は、アンカー１７に支持されて金属上面２１と誘電性下面２２とを備える可撓性ブリッジを備える。
【００１１】
ブリッジ２０は、その下面に導体１２と１３に電気的に接触する接点２４を備え、信号伝達用電気回路を形成する。これは、引下げ又は制御電極を設けることにより完成する。とくに、その構成は、直流制御信号が印加される電極２６と２７を備える。ブリッジ２０の金属部分は対向電極、つまり、直流帰還として働く。
【００１２】
直流制御信号が印加されると、ブリッジ２０が制御電極構造の静電力により図１Ｃに示す位置へ引き降ろされるので、スイッチ１０は閉じる。バンパー又はストッパー２８、２９はブリッジ２０の余分な動きを制限する。
【００１３】
そのようなスイッチの動作において、図１Ｃのように閉位置にあるとき、誘電体２２が金属２１と２６の間、および金属２１と２７の間に配置され、潜在的に静止摩擦状態になるという点で問題が生じる。
静止摩擦とは、制御信号が除去された後にスイッチが所定時間だけ閉位置に保持される状態である。この状態は誘電体２２の中に蓄積される電荷によって引き起こされ、制御信号が除去された後でもその電荷の蓄積によって静電引力が持続されるのである。
【００１４】
さらに、非常に高い電界が制御電極の閉鎖点に存在する。これによって、制御電極構造を構成する金属が高電界腐食される。
【００１５】
図２Ａ〜２Ｃは、これらの問題を完全に排除するこの発明の一実施態様を示す。
改良されたMEMSスイッチ４０は、図２Ａ〜２Ｃに例示され、例えばアルミナ又はサファイアのような基板４４の上に設けられて分離した第１および第２高周波導体４２、４３を備える。
【００１６】
中央補剛部４８を有するブリッジ構造４６が、基板４４と第１および第２導体４２、４３の上方に配置される。
中央補剛部４８は、それぞれ支持部材５２に接続された金属の可撓性スプリングアーム５０により垂直方向に移動可能である。
【００１７】
中央補剛部４８は、付随的な端セグメント５４、５５と、付随的な中央セグメント５６とを備える。
スプリングアーム５０を形成するブリッジ構造４６の金属部分は、電極部６０と６１を形成する中央補剛部４８の下部表面を部分的に横切って延びる。さらに、付随的な中央セグメント５６の下面は、電気接点６４を備え、接点６４は、スイッチ４０が作動したときに、第１および第２高周波導体４２と４３との間に電気的な接続を形成する。高周波電気回路を形成する接点６４は、金属又は容量型接続のいずれであってもよい。
【００１８】
スイッチの作動は、引下げ式又は直流制御電極構造を備えることによって行われる。
図２Ａ〜２Ｃにおいて、この直流制御電極構造は、誘電体を介入させることなく中央補剛部４８の下側に設けられた対向電極部６０、６１と共に、基板４４上に設けられ電気的に接続された直流電極７０、７１を備える。誘電体が存在しないことによって、もしスイッチが外部宇宙空間で使用されても、宇宙線によって誘電体が帯電するという問題が排除される。
【００１９】
直流電圧がパッド７２を介して電極７０と７１に印加されスイッチを作動させると、対向電極６０、６１は支持部材５２を介して接地される。このデザインでは、高周波および直流回路は互いに完全に絶縁されている。
高周波電流に高抵抗を与えるためにパッド７２から電極７０へのライン７３を非常に細く高抵抗材料のものにすることによって、この絶縁は次の実施態様と同様にここにおいてさらに助長される。
【００２０】
対向する電極６０／７０と６１／７１との間の静電引力によって、ブリッジ構造４６は図２Ｃに示す位置に着き、それによって、スイッチは、第１と第２導体４２、４３を電気的に接続する接点６４により閉じられる。これに関して、ストッパー７４と７５が、中央補剛部４８の下降動作を制限するために設けられる。
【００２１】
直流制御電圧の印加によりスイッチが作動すると、接点６４が高周波導体に接触すると同時に、端セグメント５４と５５がストッパー７４、７５にそれぞれ物理的に接触する。
対向制御電極間の連続的な静電引力のために、接点６４は中央にさらに押圧され、良好な抵抗（又は容量）接触が高周波導体４２、４３に確実に作られる。
【００２２】
ブリッジ構造４６の中央補剛部４８は、十分な剛性を有して大きい湾曲を防止し、直流制御信号の連続印加により対向制御電極が互いに全く接触しないことを保証する。この中央補剛部４８は、堅い金属で作られてもよいが、さらに速いスイッチング速度を達成するために、中央補剛部４８は、例えば一酸化珪素又は二酸化珪素のような、剛性を有して軽量で低密度の材料で作られることが好ましい。一酸化珪素や二酸化珪素は誘電体であるが、中央補剛部４８は２つの金属間に配置されないので、帯電効果は生じ得ない。
【００２３】
もし、サイズが重大な問題であるときには、スプリングアーム５０を仮想線７８で示すような波形にすることにより、スイッチ４０の横寸法を減らすことができる。
このような波形はスプリングアーム５０を短くする一方、ブリッジ構造４６に同じ復元力を保持させる。
【００２４】
多くのMEMSスイッチのようなスイッチ４０は、当業者に公知の従来のIC製造技術を用いて製造可能である。製造方法は、ほぼ図２Ａ〜２Ｃに対応する図３Ａ〜３Ｃに示されたデザインを用いて非常に単純化され得る。
【００２５】
図３Ｂと３Ｃに最もよくに示されるように、スイッチ８０は、可撓性平坦金属アーム部材８４を有し、両端で分かれて、基板８８に設けられた支持体８６間に延びる完全に平坦な金属ブリッジ部材８３を有するブリッジ構造８２を備える。ブリッジ構造８２は、平坦で、かつ、基板８８上の高周波導体９２、９３の上方の金属ブリッジ部材８３上に配置された中央補剛部９０を備える。
【００２６】
直流制御電極構造は、電気的に互いに接続され、導体９２、９３の両側に配置された電極９６、９７を備える。静電引力用の対向電極は、各電極９６、９７の真上の金属アームの部位１００、１０１によって構成され、（図示しない）直流グランドに接続されている。図３Ｃのような閉位置にスイッチを作動させることは、直流制御信号を入力パッド１０３（図３Ａ）に印加することにより達成される。
【００２７】
ブリッジ構造８２の下降動作は、導体９２、９３およびストッパー１０６、１０７の存在により制限されるが、ストッパー１０６、１０７は基板８８上に直流電極９６、９７より高い位置まで、実質的には導体９２、９３と同じ高さまで延びている。この構成により、作動中には、金属ブリッジ部材８３は制御電極９６、９７に決して接触しない。
【００２８】
MEMSスイッチの設計上の目的は、一般的に、オフ状態（スイッチ開）の時に可能な最高のインピーダンスを有し、オン状態（スイッチ閉）の時に可能な最低のインピーダンスを有する装置を提供することである。
これによって、高い入力／出力比、つまり、動作周波数範囲にわたる低損失が提供されるのみならず、動作周波数に対するカットオフ周波数の高い比が見込まれる。
【００２９】
図４Ａと４Ｂは、２つのタイプのMEMSスイッチ形態の基本要素を示し、図５Ａ〜５Ｈはスイッチの作動中の抵抗と容量効果を示す。
【００３０】
図４Ａのスイッチは、基板１１０上に間隔を有する第１および第２高周波導体１０８、１０９を備え、接点部材１１１が両導体にわたって設けられている。この構造は、図２Ａ〜２Ｃおよび３Ａ〜３Ｃに示されるタイプの基本構造である。
【００３１】
図４Ｂのスイッチは、高周波損失を減ずる点でいくつかの利点を提供するが、これは図７Ａ〜７Ｃから９Ａ〜９Ｃにおいて後述するタイプのスイッチである。図４Ｂのスイッチは、基板１１４上に第１および第２高周波導体１１２、１１３を備え、接点部材１１５は導体１１２を覆って設けられ、導体１１３と電気的に一体化されている。
【００３２】
図５Ａは閉じた位置にある図４Ａのスイッチを示し、図５Ｂは対応する抵抗の電気的表示を示す。
導体１０８と接点１１１との間および接点１１１と導体１０９との間に２つの抵抗の直列接続があり、抵抗Ｒはそれぞれ図５Ｂに示される。従って、点ＡとＢ間の合計抵抗は２Ｒである。
【００３３】
図４Ｂの構成で、図５Ｃに示されるような場合、２つの抵抗が図５Ｄに示されるように並列接続される。並列の２つの抵抗により、点ＡとＢ間の抵抗はＲ／２となり、図４の構成に比べて抵抗が１／４に減少する。
このように抵抗が減少することによって、高周波損失が減少する。
【００３４】
２つの構成の容量的な観点について、図５Ｅは開状態における図４Ａのスイッチを示し、容量の電気的表示が図５Ｆに示されている。容量Ｃの２つのキャパシタが直列に接続され、点ＡとＢ間はＣ／２の合計容量となる。
【００３５】
図４Ｂの構成で、図５Ｇおよび５Ｈに示されるような場合、キャパシタが並列に存在し、点ＡとＢ間には合計２Ｃの容量が生じる。この容量の増加によって開回路インピーダンスが減少することは望ましくないが、この発明では、きわめて小さい接点面積を有し周辺容量を減少させる効果を有するMEMSスイッチを設計することにより、これが相殺される。
【００３６】
図４Ｂの構成の他の利点は、図６Ａ〜６Ｃに示される。図６Ａでは直流制御信号が印加され、接点部材１１６が接触導体１１７の点に引き下げられる。制御信号の印加中、接点部材１１６はさらに引き下げられて図６Ｂに示すように左へ移動し、拭き取り動作を行う。
この拭き取り動作によって接触面が連続的に清掃され良好な電気的接触が保証される。
【００３７】
なお、実際上、接触面は必ずしも平坦でなく、むしろ顕微鏡レベルでは図６Ｃに示すような凹凸を有する。接点部材１１６と導体１１７の両面は、凹凸又は隆起部１１８を有し、望ましい完全な平坦面による接触を妨げる。図４Ｂに示すような設計によるふき取り動作によって、連続作動中に接触面の平滑化が助長され、スイッチの抵抗損失が低下する。
【００３８】
図７Ａ〜７Ｃは、図４Ｂのスイッチの原理に基づく、この発明の実施態様を示す。図７Ａ〜７Ｃにおいて、スイッチ１２０は、基板１２５の上に設けられた第１および第２高周波導体１２２、１２３を備える。支持部材１３１、１３２、１３３に各々接続される複数のアーム１２８、１２９、１３０を有する金属ブリッジ構造１２７が導体の上方に吊され、支持部材１３３は導体１２２に対面する導体１２３の端に形成される。
この発明によれば、ブリッジ構造１２７は、中央補剛部１３６を備えるが、それは前述の酸化珪素であってもよい。
【００３９】
ブリッジ構造１２７にさらに大きい可撓性を与えるために、少なくとも横方向に延びるアーム１２８と１２９は、図示するように二股に分けられる。アームが接続される支持部材１３１〜１３３は導電部材であり、ブリッジ構造１２７は、導体１２２の上に吊り下げられるが、導電支持部材１３３により電気的に導体１２３と一体である。
【００４０】
直流制御電極構造は、基板１２５上に分離された電極１４０、１４１を備え、それらの電極は導電路１４２によって互いに電気的に接続されている。電極１４０と１４１は、導体１２２の端部の両側に配置される。静電引力用対向電極は、各電極１４０と１４１の真上の各部位１４４と１４５によって構成され、アーム１２８と支持部材１３１からなる導電路により導電路１４７を介して直流グランドに接続される。スイッチ１２０の閉位置への作動は、入力パッド１４８に直流制御信号が印加されることによって行われる。
【００４１】
なお、スイッチ１２０は、次の実施態様と同様に、図２と３に示すようなストッパーを備えない。
ストッパーはブリッジ構造の下降動作を制限して対向直流制御電極が互いに接触して短絡することを防止するようにした設計において使用される。
直流制御信号の印加時に、生成された電界力によってブリッジ構造が下降する。電圧（従って力）が十分であれば、ブリッジ構造はパチンと下降し高周波導体に接触する。この電圧は引き込み電圧と呼ばれる。
閉動作を行う速度を増大するために、印加制御電圧は通常、引き込み電圧の１．５倍まで増加できるが、それは印加制御電圧の正規の範囲内で考慮される。
【００４２】
電圧がさらに増大すると、その力は、ブリッジ構造を湾曲させて制御電極を短絡させるに足るかもしれない。この電圧は第２引き込み電圧と呼ばれる。引き込み電圧と第２引き込み電圧とのマージンは、ストッパーを設けることによって増大できるが、正規範囲内の直流制御電圧が印加された場合に、多くの設計では、ブリッジ構造の中央補剛部を設けることによって、この短絡を十分に防止する。
【００４３】
スイッチ１２０が閉位置へ作動するとするとき、ブリッジ構造１２７の金属製の下側部分１５３が、導体１２２の接点領域１５５（点刻で示された）上に下降して導体１２２と１２３間に高周波回路を形成する。絶縁を改良してスイッチの開放時の高周波損失を低くするために、この接点領域は実用的なものと同じように小さいが低いON抵抗を維持し、用途による電力処理要求を付随的に支持できることが好ましい。
【００４４】
さらに、接点領域に関連する損失は、印加直流制御電圧によって生成される電界によって働くことのできる力の関数である。接触力が大きいほど、抵抗接触は小さくなる。これは、基板上に直流制御電極の大きい全領域を与えることによって達成される。図８Ａ〜８Ｃに示すこの発明の実施態様は、小さい接点面積と大きい直流制御電極の目的に適うものである。
【００４５】
スイッチ１６０は、基板１６５上に設けられた第１および第２高周波導体１６２，１６３を備える。図７Ａ〜７Ｃの導体１２２に比べて、導体１６２は先端１６８で短縮され、スイッチを閉じるように作動するときブリッジ構造１７２について比較的小さい接触面積１７０になる。
【００４６】
直流制御電極構造は、導体１６２の端を部分的に囲むように基板１６５上に設けた電極１７４を備える。
つまり、電極１７４は、接点領域１７０の近傍で導体１６２の側面に隣接し、導体１６２の前の周りに延びて図７Ａ〜７Ｃのものに比べて大きい電極面積となっている。
【００４７】
引力は制御電極１７４の面積の正比例するので、これによって小さい直流制御電圧がパッド１７６に印加されて同じ力を出すか、又は図７Ａ〜７Ｃに示すような同じ印加直流制御電圧により大きい力が印加され接触抵抗を低下させ、結果として高周波損失を低減させる。
【００４８】
高周波損失は、第２導体の新しいデザインによってさらに減少する。これらのMEMSスイッチ用導体は、特性インピーダンスを有する実際に小さい伝送ラインである。多くの高周波回路において、５０オームの伝送ラインが一般的であり、導体１６３はそのような５０オームの伝送ラインを表す。隣接する５０オーム伝送ラインに直接接続することを損失なしに行い、導体を高インピーダンスラインに整合するように先細りにすることができる。
【００４９】
導体１６３は直流グランドとしても働き、二股に分けられ、支持部材１８０と１８１にそれぞれ電気的に接続される２つの端部セグメント１７８と１７９を備える。第３の導電性支持部材１８２は、導体１６２に整列する位置で導体１６３上に配置される。これらの支持部材１８０、１８１、１８２は、この発明による中央補剛部１９０を備えたブリッジ構造１７２のアーム１８４、１８５、１８６をそれぞれ支持する。
【００５０】
スイッチ１６０が、パッド１７６への直流制御信号の印加によって閉位置に作動するときには、直流電極１７４と、金属ブリッジ構造１７２の下側の対向電極部１９２との間の静電引力によって、ブリッジ構造１７２がパチンと下降して接点領域１７０に接触する。
そして、高周波電流は、アーム１８４を介するセグメント１７８、アーム１８５を介するセグメント１７９およびアーム１８６を介する導体１６３の中央部からなる３つの並列電流路を介して導体１６２に流れ込む。各電流路は或る抵抗を示すが、３並列の電流路の等価抵抗は、いずれの１本の電流路よりも小さい。従って、この導体設計により、抵抗が減少し、高周波損失が低下する。
【００５１】
図９Ａ〜９Ｃのスイッチ１９６は、先端が二股になった第１導体１９８と、第２導体１９９とを基板上に備える。中央補剛部２０３を有するブリッジ構造２０２は、導電支持部材２１０、２１１、２１２に各々接続されるアーム２０４、２０５、２０６を備える。
この後者の支持部材２１２は第２導体１９９と電気的に一体化されている。この構成により、ブリッジ構造２０２は導体１９８の二股に分かれた端部のセグメント２１４と２１５の上方に吊り下げられる。
【００５２】
導体１９８のセグメント２１４と２１５の間に配置された直流制御電極２１８は比較的大きい面積を有し、パッド２１９に接続され、直流制御信号はパッド２１９に印加されてスイッチを閉位置に作動する。直流制御信号が与えられると、電極２１８と、ブリッジ構造２０２の下側の対向電極部２２２との間の静電引力によって、ブリッジ構造２０２が接点領域２２４に電気的に接触し、高周波回路を形成する。比較的大きい面積の制御電極２１８に対して比較的小さい接点領域２２４（点刻で示された）は、周辺容量が小さく、閉じる力が接触抵抗を最小にするほど高くなって、スイッチ１９６が低い高周波損失を有することを保証する。
【００５３】
直流電極面積の接点領域面積に対する比を著しく増大させることは、図１０Ａ〜１０Ｃに示す本発明の実施態様によって達成される。スイッチ２３０は、図４に示すタイプのものであり、接点部材が第１および第２導体の上に支持され、配置される。
【００５４】
特に図１０Ａａをさらに参照すると、スイッチ２３０は基板２３１を備え、その基板の上に間隔を有して第１および第２導体２３２と２３３が設けられている。これらの導体は互いの鏡像であり、導体２３２は、５０オーム部２３２ａである第１領域と、テーパー部２３２ｂとを有する。テーパー部２３２ｂは高オーム部２３２Ｃの方へ先細り、オーム部２３２Ｃはテーパー部２３２ｄと２３２ｅをそれぞれ介して２つの小さい接点領域２３４と２３５の方へ先細る。
【００５５】
同様に、導体２３３は、５０オーム部２３３ａであってもよく、テーパー部２３３ｂを備える。テーパー部２３３ｂを備える。テーパー部２３３ｂは高オーム部２３３Ｃの方へ先細り、高オーム部２３３Ｃはテーパー部２３３ｄと２３３ｅをそれぞれ介して２つの小さい接触領域２３６と２３７の方へ先細る。
【００５６】
直流制御電極２４０は導体２３２と２３３との間のスペースを占め、さらに接点領域２３４〜２３７を部分的に囲む。これは、４つのノッチ２４４〜２４７を、図１０Ａａに最もよく示されているように、電極２４０の側部を設けることにより達成される。
【００５７】
ブリッジ構造２５０は、中央補剛部２５１を備え、支持部材２５６と２５７に接続されたアーム２５４、２５５により導体２３２と２３３の端部の上に吊り下げられる。
これらの支持部材２５６と２５７の少なくとも一方は、電気的に導通し、直流グランドとして働く。支持部材２５６は、パッド２５８を介してグランド帰還として象徴的に示される。スイッチ２３０が閉じると、ブリッジ構造２５０が高周波回路の一部になる。絶縁をもたらし、潜在的な高周波損失を減少するために、支持部材２５６からパッド２５８まで導くライン２５９は、著しく高抵抗のものに作られる。
【００５８】
パッド２６０に印加される直流制御信号は、電極２４０と、ブリッジ構造２６０の下側の一部に形成される対向電極２６１との間に静電引力を引き起こす。接点領域２３４と２３５がブリッジ構造２５０の手段により、接点領域２３６と２３７に電気的に接続されるとき、スイッチ２３０は比較的小さい抵抗損失で、第１よび第２導体２３２と２３４との間に高周波電流を導く。この低損失の特徴は、比較的大きい制御電極２４０により生成される大きい引力から生じる良好な接触に帰因する。
【００５９】
なお、ここに述べた種々のスイッチの実施態様の部品の寸法は、明瞭化のために非常に誇張されている。
種々の部品の一般的な厚さは、例えば、次の通りである。
基    板        ５００μｍ
直流電極        ０．１μｍ
導    体        １．０μｍ
支持部材        ３．０μｍ
ブリッジ構造    １．０μｍ
中央補剛部      １〜２μｍ
【００６０】
接触導体とブリッジ構造は、良好な摩耗特性と、導電性つまり低電気抵抗とを有するように選択された金属で製作される。さらに、これらの部品は、高い熱伝導性、耐酸化性を示すべきであり、ブリッジ構造と導体金属は異なる融点を有するべきである。基本的な導体とブリッジ構造の金属は、例えば銀又は金であり、少し例を挙げれば、上記目的に適うようにルテニウム、タングステン、又はモリブデンのような適当なコーティングを有してもよい。
【００６１】
前述の詳細な説明は、単にこの発明の原理を示している。従って、当業者であれば、ここに明確に説明又は開示されていないが発明の原理を具体化しその精神と範囲の中にある種々の構成を発明することができるであろうということは認められるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１Ａ】従来技術のMEMSスイッチの平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのスイッチの開位置における線１Ｂ−１Ｂに沿った図である。
【図１Ｃ】図１Ａのスイッチの閉位置における線１Ｂ−１Ｂに沿った図である。
【図２Ａ】この発明の一実施態様によるMEMSスイッチの平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示すスイッチの開位置における線２Ｂ−２Ｂに沿った図である。
【図２Ｃ】図２Ａに示すスイッチの閉位置における線２Ｂ−２Ｂに沿った図である。
【図３Ａ】この発明の他の実施態様によるMEMSスイッチの平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すスイッチの開位置における線３Ｂ−３Ｂに沿った図である。
【図３Ｃ】図３Ａに示すスイッチの閉位置における線３Ｂ−３Ｂに沿った図である。
【図４Ａ】２つの導体の上方に接点部材を有するスイッチのいくつかの基本部品の斜視図である。
【図４Ｂ】１つの導体の上方に設けられ他の導体と電気的に一体になった接点部材を有するスイッチのいくつかの基本部品の斜視図である。
【図５Ａ−Ｈ】図４と４Ｂのスイッチデザインの利点と欠点を示す図である。
【図６Ａ−６Ｂ】導体に接触する図４Ｂに示すような接点部材の側面図である。
【図６Ｃ】実際の接点表面の凹凸の図である。
【図７Ａ】この発明の他の実施態様の分解図である。
【図７Ｂ】図７Ａの線７Ｂ−７Ｂに沿った図である。
【図７Ｃ】図７Ａの線７Ｃ−７Ｃに沿った図である。
【図８Ａ】この発明の他の実施態様の分解図である。
【図８Ｂ】図８Ａの線８Ｂ−８Ｂに沿った図である。
【図８Ｃ】図８Ａの線８Ｃ−８Ｃに沿った図である。
【図９Ａ】この発明の他の実施態様の分解図である。
【図９Ｂ】図９Ａの線９Ｂ−９Ｂに沿った図である。
【図９Ｃ】図９Ａの線９Ｃ−９Ｃに沿った図である。
【図１０Ａ】この発明の他の実施態様の分解図である。
【図１０Ａａ】図１０Ａの一部品の平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの線１０Ｂ−１０Ｂに沿った図である。
【図１０Ｃ】図１０Ａの線１０Ｃ−１０Ｃに沿った図である。
2005528751.tif 000003
2005528751.tif 000004
2005528751.tif 000005
2005528751.tif 000006
2005528751.tif 000007
2005528751.tif 000008
2005528751.tif 000009
2005528751.tif 000010
2005528751.tif 000011
2005528751.tif 000012
2005528751.tif 000013
2005528751.tif 000014
【国際調査報告】
2005528751.tif 000015
2005528751.tif 000016