(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１可撓性部材と、
前記第１可撓性部材に設けられた第１信号線と、
前記第１可撓性部材に設けられ、前記第１信号線に隣接する第１グランド電極と、
前記第１可撓性部材に対してギャップを介して隣接した第２可撓性部材と、
前記第２可撓性部材に設けられた第２信号線と、
前記第２可撓性部材に設けられ、前記第２信号線に隣接する第２グランド電極と、
を備え、
少なくとも前記第１可撓性部材を変形させる第１駆動素子と、
前記第１信号線及び前記第２信号線のいずれか一方に固定され、前記第１可撓性部材の変形に伴って、前記第１信号線と前記第２信号線との間の接続を行う接触端子と、
を備えることを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
【請求項２】
前記第１可撓性部材上には、前記第１信号線及び前記第１グランド電極が設けられ、
前記第２可撓性部材上には、前記第２信号線及び前記第２グランド電極が設けられ、
前記第２グランド電極は、第１のギャップを介して、前記第１信号線に隣接するまで延びており、前記第１信号線は、前記第１グランド電極と前記第２グランド電極とにより挟まれるように位置することで、第１のコプレーナ導波路を構成し、
前記第１グランド電極は、第２のギャップを介して、前記第２信号線に隣接するまで延びており、前記第２信号線は、前記第２グランド電極と前記第１グランド電極とにより挟まれるように位置することで、第２のコプレーナ導波路を構成している、
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項３】
前記第１可撓性部材と、前記第２可撓性部材とは、平面視において、点対称に配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳスイッチと、
信号入力素子と、
前記信号入力素子に前記ＭＥＭＳスイッチを介して接続された信号処理素子と、
を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳスイッチ及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からスイッチング装置として電気式微小機械装置（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ：ＭＥＭＳ）を用いたものが知られている。このようなスイッチング装置では、圧電素子又は静電素子からなる駆動素子と、駆動素子によって変形する可撓性部材からなるビーム（梁）と、ビームに取り付けられた接触端子を用いて、信号線間の接続及び切断を行っている。
【０００３】
ＭＥＭＳスイッチは、ＲＦ信号等の高周波信号の接続に用いることができる。代表的なビームと駆動素子の組み合わせ部品（以下、可動部）おいては、ビームの先端に接触端子（電極）が設けられている。ビームは筐体内に収容され、筐体にはビーム先端の接触端子に対向する位置に、接続先の電極が設けられている。ビームが振動することにより、ビーム先端の電極と、筐体の電極とが接触（接続）と開放（切断）とを繰り返す。ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチは、この動作によりＲＦ信号の伝達を制御する。
【０００４】
ＭＥＭＳスイッチは、微小な変位により接触と解放を繰り返すことにより、スイッチとして機能を果たすが、可動部は膜の持つ応力や温度変化による熱応力により、筐体との接点の相対位置が変化する可能性がある。この問題を回避する手段として対向する可動部上に信号線を設置する手法（特許文献１及び特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許８５５２６２１号
【特許文献２】米国特許８６０４６７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献の手法ではＲＦ信号線を接触させる問題は回避できるが、膜応力や熱応力による反りの変動を許容しているために、ＲＦ信号線と、その近傍に設置されたグランド電極との相対位置は変化し、それにより特性インピーダンスも変化し、結果としてＲＦ信号の伝送性能が変化する。このために、製品間のバラつきや、温度特性の劣化が生じる。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、高品質な信号伝達をすることが可能なＭＥＭＳスイッチ及びこれを用いた電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するため、第１のＭＥＭＳスイッチは、第１可撓性部材と、前記第１可撓性部材に設けられた第１信号線と、前記第１可撓性部材に設けられ、前記第１信号線に隣接する第１グランド電極と、前記第１可撓性部材に対してギャップを介して隣接した第２可撓性部材と、前記第２可撓性部材に設けられた第２信号線と、前記第２可撓性部材に設けられ、前記第２信号線に隣接する第２グランド電極と、を備え、少なくとも前記第１可撓性部材を変形させる第１駆動素子と、前記第１信号線及び前記第２信号線のいずれか一方に固定され、前記第１可撓性部材の変形に伴って、前記第１信号線と前記第２信号線との間の接続を行う接触端子とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
このＭＥＭＳスイッチによれば、第１信号線と第１グランド電極は、同一の第１可撓性部材に設けられているので、第１駆動素子によって第１可撓性部材を変位させても、相対位置が変化せず、第１信号線の特性インピーダンスの変化を抑制できる。同様に、第２信号線と第２グランド電極は、同一の第２可撓性部材に設けられているので、第２駆動素子によって第２可撓性部材を変位させても、相対位置が変化せず、第２信号線の特性インピーダンスの変化を抑制できる。
【００１０】
また、第１可撓性部材と第２可撓性部材は、いずれも信号線とグランド電極を備えているため、物理的な特性が一致しやすく、したがって、温度変化に伴う構成要素の特性やスイッチング用の接触端子の位置の変化を相殺して軽減することが可能である。したがって、ＭＥＭＳスイッチは、温度変化及び撓みに対して、高い耐性を有することとなり、高品質な信号伝達をすることができる。
【００１１】
また、第２のＭＥＭＳスイッチにおいては、前記第１可撓性部材上には、前記第１信号線及び前記第1グランド電極が設けられ、前記第２可撓性部材上には、前記第２信号線及び前記第２グランド電極が設けられ、前記第２グランド電極は、第1のギャップを介して、前記第1信号線に隣接するまで延びており、前記第1信号線は、前記第1グランド電極と前記第２グランド電極とにより挟まれるように位置することで、第1のコプレーナ導波路を構成し、前記第１グランド電極は、第２のギャップを介して、前記第２信号線に隣接するまで延びており、前記第２信号線は、前記第２グランド電極と前記第１グランド電極とにより挟まれるように位置することで、第２のコプレーナ導波路を構成している。
また、第３のＭＥＭＳスイッチにおいては、第１可撓性部材と、前記第２可撓性部材とは、平面視において、点対称に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
これらの可撓性部材が点対称に配置されている場合、その変位動作も点対称になるため、これらの可撓性部材の温度変位量と撓み動作が同じようになる。したがって、温度変化と撓み動作の相違に伴う接触端子による接触位置のバラつきを相殺して軽減し、信号伝達品質の劣化を抑制することができる。
【００１３】
第４のＭＥＭＳスイッチは、上述のＭＥＭＳスイッチと、信号入力素子と、前記信号入力素子に前記ＭＥＭＳスイッチを介して接続された信号処理素子と、を備えることを特徴とする電子機器。この電子機器は、ＭＥＭＳスイッチが高品質な信号伝達を行うため、誤動作が少ないなどの高性能な動作をすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
このＭＥＭＳスイッチによれば、高品質な信号伝達をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＭＥＭＳスイッチの概略構成を説明するブロック図である。
【図２】圧電駆動素子の構成について説明する概略断面図である。
【図３】ＭＥＭＳスイッチにおける接点部材の機能について説明する概略断面図である。
【図４】第１実施形態のＭＥＭＳスイッチの斜視図である。
【図５】図４に示したＭＥＭＳスイッチの縦断面構成を示す図である。
【図６】図５に示したＭＥＭＳスイッチにおける基板の平面図である。
【図７】図６に示したＭＥＭＳスイッチを改良した基板の平面図である。
【図８】図７に示したＭＥＭＳスイッチを改良した基板の平面図である。
【図９】図７に示したＭＥＭＳスイッチを変形した基板の平面図である。
【図１０】図８に示したＭＥＭＳスイッチを変形した基板の平面図である。
【図１１】本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチが適用される電子機器の一例の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、ＭＥＭＳスイッチ１００の概略構成を示す図である。
【００１８】
ＭＥＭＳスイッチ１００は、所謂高周波スイッチ（ＲＦスイッチ）の１つであり、圧電又は静電アクチュエータによって機械的にスイッチングを行う装置である。
【００１９】
図１に示すように、ＭＥＭＳスイッチ１００は、第１駆動部ＳＰ１と、第１信号線１４と、接触端子１５と、第１グランド（第１ＧＮＤ）１６と、第２駆動部ＳＰ２と、第２信号線２４と、第２グランド（第２ＧＮＤ）２６と、を含んで構成される。第１駆動部ＳＰ１は、第１駆動素子１１（圧電駆動素子）と、第１駆動回路１２と、第１ビーム１３（梁）とを含んで構成される。また、第２駆動部ＳＰ２は、第２駆動素子２１と、第２駆動回路２２と、第２ビーム２３（梁）とを含んで構成される。また、ＭＥＭＳスイッチ１００を構成する上述の要素は、例えば筐体等の固定部材ＰＫによって覆われた状態とされる。
【００２０】
第１信号線１４及び第２信号線２４はそれぞれＣｕ等の導体から構成される。また、接触端子１５は、例えばＡｕ等の導体から構成される。ＭＥＭＳスイッチ１００では、外部からの入力信号を第１信号線１４及び第２信号線２４を介して導き、第２信号線２４から出力信号として外部へ出力する。第１信号線１４と第２信号線２４との間は、接触端子１５により接続及び切断が切り換えられる。
【００２１】
接触端子１５が、第１信号線１４に固定されている場合は、接触端子１５が第２信号線２４に対して接触することで、第１信号線１４と第２信号線２４との間が電気的に接続（ＯＮ）され、接触端子１５が第２信号線２４から離間することで、第１信号線１４と第２信号線２４との間が電気的に切断（ＯＦＦ）される。接触端子１５は、第１信号線１４ではなく、第２信号線２４に固定することもできる。
【００２２】
接触端子１５が、第１信号線１４及び第２信号線２４の双方から離間している構造の場合、接触端子１５の移動によって、接触端子１５が第１信号線１４及び第２信号線２４の双方に対して接触することで、第１信号線１４と第２信号線２４との間が電気的に接続（ＯＮ）され、接触端子１５が第１信号線１４及び第２信号線２４から離間することで、第１信号線１４と第２信号線２４との間が電気的に切断（ＯＦＦ）される。
【００２３】
なお、第１信号線１４と第１ＧＮＤ１６とは、電磁気学的な影響が生じる程度に近接配置されており、所定の特性インピーダンスを有する高周波線路が形成される。また、第２信号線２４と第２ＧＮＤ２６とは、電磁気学的な影響が生じる程度に近接配置されており、所定の特性インピーダンスを有する高周波用の高周波線路が形成される。第１ＧＮＤ１６と、第２ＧＮＤ２６とは、電気的に接続されており、同電位に固定されていることが好ましい。これらのグランドは、第１信号線１４と第２信号線２４と共に高周波線路、例えばコプレーナ導波路（ＣＰＷ：Ｃｏｐｌａｎａｒ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）を構成する。なお、第１信号線１４と第１ＧＮＤ１６との間には容量Ｃ１が介在し、第２信号線２４と第２ＧＮＤ２６との間には容量Ｃ２が介在する。
【００２４】
接触端子１５による第１信号線１４と第２信号線２４との間の接続及び切断の切り替えは、第１信号線１４、接触端子１５及び第２信号線２４のうちの一部の物理的な移動によって行われる。第１駆動部ＳＰ１は、第１駆動素子１１によって、第１ビーム１３を変形させ、第１信号線１４に接触端子１５が固定されている場合には、これら双方を移動させ、第１信号線１４に接触端子１５が固定されていな場合には、接触端子１５を移動させる機能を有している。
【００２５】
第２駆動部ＳＰ２は、第２駆動素子２１によって、第２ビーム２３を変形させることができるので、第２ビーム２３に固定された第２信号線２４は、必要に応じて、接触端子１５の方向へ移動したり、離間することができる。なお、第２ビーム２３を変形する必要が無い場合には、第２駆動素子２１には第２駆動回路２２から駆動信号は与えられず、第２ビーム２３の変形が不要である場合は、第２駆動回路２２は無くてもよい。
【００２６】
第１駆動部ＳＰ１では、制御回路ＣＯＮＴからの信号に基づいて第１駆動回路１２からの電圧印加により、第１駆動素子１１が変形する。第１ビーム１３（第１可撓性部材１３）は、可撓性を有する部材により構成され第１駆動素子１１の変形に伴って変形する。
【００２７】
同様に、第２駆動部ＳＰ２では、制御回路ＣＯＮＴからの信号に基づいて第２駆動回路２２からの電圧印加により、第２駆動素子２１が変形する。第２ビーム２３（第２可撓性部材２３）は、可撓性を有する部材により構成され第２駆動素子２１の変形に伴って変形する。
【００２８】
図２は、圧電駆動素子の構成について説明する概略断面図である。
【００２９】
以下では、ＸＹＺ三次元直交座標系を設定する。図１に示した第１ビーム１３の厚み方向をＺ軸方向とし、長手方向をＸ軸方向として、Ｚ軸及びＸ軸の双方に垂直な幅方向をＹ軸方向とする。
【００３０】
図２に示すように、第１駆動部ＳＰ１の第１駆動素子１１は、Ｐｔ等の下部電極層１１ａ、圧電体材料層１１ｂ、及びＰｔなどの上部電極層１１ｃをＺ方向に積層配置した構成を有する。この第１駆動素子１１の下部電極層１１ａと上部電極層１１ｃとの間に所定の電圧を印加することにより、圧電体材料層１１ｂの厚さが増加し、面内寸法が減少する（面内方向では縮む）。圧電体の分極と、同一の方向に正の直流電圧を印加すると圧電素子は伸び、逆に負の直流電圧をかけると縮む。したがって、電圧の向き制御することで、圧電素子の面内方向の伸縮を制御することができる。
【００３１】
第１駆動素子１１が、圧電素子である場合の材料について、補足説明する。
【００３２】
圧電体の材料としては、電気機械結合係数が大きく、伝搬損失およびパワーフロー角が小さく、遅延時間温度係数が小さい材料が好ましい。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）などが好適である。各層の形成には、従来公知の成膜方法を適宜用いることができ、例えば、蒸着法、スパッタリング法、化学的気相成長（ＣＶＤ）法、プラズマアシスト気相成膜（ＰＣＶＤ）法、めっき等を用いることができる。その他、圧電体の材料としては、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、チタン酸ビスマスナトリウム（ＢＮＴ）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ビスマス鉄酸化物（例えば、ＢｉＦｅＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）等を用いることができる。
【００３３】
第１駆動素子１１の寸法について説明する。
【００３４】
第１駆動素子１１のＸ軸方向の寸法は２００μｍ（５０〜５００μｍ）、Ｙ軸方向の寸法は２５０μｍ（５０〜５００μｍ）、Ｚ軸方向の寸法は２μｍ（０．３〜３μｍ）である。なお、括弧内は、好適範囲を示している。この場合、第１駆動素子１１の形態的なバランスが、小型化された圧電型ＭＥＭＳスイッチに要求される駆動素子の微小変位（サブミクロンから数ミクロン）を制御しやすいものとなるという効果がある。
【００３５】
第２駆動部ＳＰ２の第２駆動素子２１についても、第１駆動素子１１と同様に、下部電極層２１ａ、圧電体材料層２１ｂ、及び上部電極層２１ｃを含んで構成される。また、第２駆動素子２１の構造、材料及び作用効果は、第１駆動素子１１の場合と同一である。さらに、第２駆動素子２１のＸＹ平面内の形状は、第２ビーム２３のＸＹ平面内の形状と同一であり、これらが固着しているため、第２駆動素子２１の変形の通りに、第２ビーム２３は変形する。
【００３６】
図３は、第１ビーム１３及び第２ビーム２３の周辺構造を説明する概略構造図である。
【００３７】
本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチ１００では、第１ビーム１３及び第２ビーム２３はそれぞれＸ軸方向に延びる平板状の可撓性部材であり、長手方向がＸ軸方向に沿って整列し、同一のＸＹ平面内に配置されている。第１ビーム１３の−Ｘ方向の一端側及び第２ビーム２３の＋Ｘ方向の一端側がそれぞれ固定部材ＰＫに対して固定されていて、第１ビーム１３及び第２ビーム２３において、互いに対向する先端部分は、自由端とされている。すなわち、第１ビーム１３及び第２ビーム２３は所謂片持ち梁構造を有する。
【００３８】
第１ビーム１３には第１信号線１４が取り付けられていると共に、第２ビーム２３には第２信号線２４が取り付けられている。第１信号線１４及び第２信号線２４は、それぞれ第１ビーム１３及び第２ビーム２３の延在方向（Ｘ軸方向）に沿って配置されている。また、第１ビーム１３における自由端側の端部には接触端子１５が取り付けられる。接触端子１５は、第１信号線１４と接続している。接触端子１５は、第１ビーム１３から接続する本体部１５ａ（接触端子本体）と、本体部１５ａから突出する接点部１５ｂとを含んで構成される。接点部１５ｂは、本体部１５ａにおいて、第２信号線２４と対向する位置に設けられる。接触端子１５は導体により構成されて、第１駆動素子１１及び第２駆動素子２１が駆動していない状態では、本体部１５ａにおいて第１信号線１４に対して接続する側の端部とは逆側の端部に設けられ、第２信号線２４側へ突出する接点部１５ｂが第２信号線２４に対して離間した状態に配置される。なお、接触端子１５の接点部１５ｂは、接触端子１５の本体部１５ａと同一の材料であってもよいし、本体部１５ａとは別の材料であってもよい。
【００３９】
第１駆動素子１１は、第１ビーム１３と固着しているため、第１駆動素子１１の変形の通りに、第１ビーム１３は変形する。また、第２駆動素子２１は、第２ビーム２３と固着しているため、第２駆動素子２１の変形の通りに、第２ビーム２３は変形する。
【００４０】
第１駆動素子１１に対して電圧を印加することによって、第１駆動素子１１が電圧に連動して変形すると、第１ビーム１３が変形し、接点部１５ｂが、例えば、下方へ移動する。同様に、必要に応じて、第２駆動素子２１に対して、電圧を印加することによって、第２駆動素子２１が電圧に連動して変形すると、第２ビーム２３が変形する。第１ビーム１３の変形および／または第２駆動素子２１による第２ビーム２３の変形により、接点部１５ｂが第２ビーム上の第２信号線２４と接触する。これにより、接触端子１５を介して第１信号線１４と第２信号線２４との間が電気的に接続される。なお、第１駆動素子１１と第２駆動素子２１に逆方向の駆動電圧を印加すれば、互いに逆方向に湾曲して移動するため、個々の素子においては、接触に必要なストロークを小さくすることもできる。
【００４１】
なお、接触端子１５による第１信号線１４と第２信号線２４との間の接続及び切断の切り替えができる構成であれば、第１駆動部ＳＰ１及び第２駆動部ＳＰ２の構成は特に限定されない。例えば、第１駆動部ＳＰ１及び第２駆動部ＳＰ２の一方は駆動回路を備えず、駆動素子の圧電駆動によってビームが移動しない（すなわち、固定部材ＰＫに対して固定される）構成であってもよい。この場合であっても、一方側のビームの変形によって、第１信号線１４、第２信号線２４、及び接触端子１５の位置関係を変更することによって、接触端子１５による第１信号線１４と第２信号線２４との間の接続及び切断の切り替えを実現することができる。
【００４２】
第１ビーム１３及び第２ビーム２３の材料について、補足説明する。
【００４３】
第１ビーム１３及び第２ビーム２３の材料は特に限定はされないが、歪応力曲線において線形性を示す材料、すなわち弾性を有する材料が好ましい。例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ合金などの金属間化合物や、単結晶Ｓｉ等を適宜用いることができる。なかでも単結晶Ｓｉは、歪応力曲線において広い線形領域を有するため、特に好適に用いることができる。第１ビーム１３及び第２ビーム２３の材質は、上述のように、可撓性を有する材料から適宜選択することができるが、上述の材料の他に、ＳｉＮｘ（窒化シリコン）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＴｉＮｘ（窒化チタン）、ＳｉＯ２（酸化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミ）、多結晶Ｓｉ、アモルファスシリコン、ダイアモンド、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等を用いることができる。
【００４４】
第１ビーム１３及び第２ビーム２３の寸法について説明する。
【００４５】
第１ビーム１３のＸ軸方向の寸法は２５０μｍ（５０〜５００μｍ）、Ｙ軸方向の寸法は２５０μｍ（５０〜５００μｍ）、Ｚ軸方向の寸法は３μｍ（０．５〜５μｍ）である。なお、括弧内は、好適範囲を示している。この場合、第１ビーム１３の形態的なバランスが、小型化された圧電型ＭＥＭＳスイッチに要求されるビームの微小変位（サブミクロンから数ミクロン）を制御しやすいものとなるという効果がある。また、第１ビーム１３のＸＹ平面内の形状は、偏向可能な可動領域（固定部材ＰＫに固定された部分よりも先端側の領域）に関しては、概ね長方形であるが、この可動領域の形状としては、例えば、半円形、フォーク状形状、三角形が考えられる。
【００４６】
図４は、第１実施形態のＭＥＭＳスイッチの斜視図である。
【００４７】
上述の固定部材ＰＫは、対向する凹部を有する第１部材ＰＫ（１）と第２部材ＰＫ（２）からなる筐体パッケージである。上述のビーム１３及びビーム２３は、これを含む基板１３Ｋの一部であり、基板１３Ｋの周辺領域は、第１部材ＰＫ（１）と第２部材ＰＫ（２）によって挟まれている。
【００４８】
入力信号ＩＮを入力側の電極パッドＢ３を介して、ＭＥＭＳスイッチ１００に入力すると、内部の接触端子によって第1信号線と第２信号線が導通している場合は、出力側の電極パッドＢ１から出力信号ＯＵＴが出力される。ＭＥＭＳスイッチ１００の内部の接触端子の位置によって、第1信号線と第２信号線が切断されている場合には、入力信号ＩＮは、出力側の電極パッドＢ１からは取り出されない。
【００４９】
上述の第１ＧＮＤ１６に電気的に接続された第1電極パッドＢＧＮＤ１、第２ＧＮＤ２６に電気的に接続された第２電極パッドＢＧＮＤ２は、互いに接続用の電極パターンＥＰ１によって電気的に接続され、これらのグランド電極は同電位に設定されている。なお、接続用の電極パターンＥＰ１は、パッケージの外表面上に設けることとしたが、これはパッケージの内部に設けてよい。
【００５０】
図５は、図４に示したＭＥＭＳスイッチの縦断面構成（Ｖ−Ｖ矢印断面）を示す図である。
【００５１】
第１駆動素子１１は、第１ビーム１３の下面に固着されており、第２駆動素子２１は、第２ビーム２３の下面に固着されている。
【００５２】
第１駆動素子１１には、第１駆動回路１２によって、駆動電圧が与えられる。具体的には、第１駆動素子１１の下部電極層１１ａと上部電極層１１ｃとの間に所定の電圧が印加される。接触端子１５は、第１信号線１４に固定されており、電気的に接続されている。所定の電圧の印加により、第１ビーム１３がＸＺ平面内において撓み、接触端子１５が上下方向に移動し、接触端子１５が第２信号線２４に接触した場合には、第１信号線１４と第２信号線２４とが電気的に接続される。
【００５３】
なお、第１駆動素子１１の上部電極層１１ｃは、第１部材ＰＫ（１）に設けられた貫通孔を介して、バンプ又は電極パッド(図示せず)に電気的に接続されている。
【００５４】
第２駆動素子２１には、第２駆動回路２２によって、駆動電圧を与えてもよい。具体的には、第２駆動素子２１の下部電極層２１ａと上部電極層２１ｃとの間に所定の電圧を印加してもよい。この所定の電圧の印加により、第２ビーム２３がＸＺ平面内において撓み、第２信号線２４の先端部分が、接触端子１５の方向へ移動した場合には、接触端子１５と第２信号線２４とが接触し、第１信号線１４と第２信号線２４とが電気的に接続される。
【００５５】
なお、第２駆動素子２１の上部電極層２１ｃは、第1部材ＰＫ（１）に設けられた貫通孔を介して、バンプ又は電極パッド(図示せず)に電気的に接続されている。
【００５６】
図６は、図５に示したＭＥＭＳスイッチにおける基板の平面図（ＶＩ−ＶＩ矢印方向に見た平面図）である。
【００５７】
第１ビーム１３及び第２ビーム２３は、これらを含む基板１３Ｋの一部であり、基板１３Ｋの２点鎖線Ｐの外側領域（周辺領域）は、上述の第１部材ＰＫ（１）と第２部材ＰＫ（２）によって挟まれている。
【００５８】
第１ビーム１３上には、第１信号線１４が設けられ、第２ビーム２３上には、第２信号線２４が設けられているが、それぞれの信号線は、先端部に向かうほど、幅が細くなっている。第１ビーム１３と第２ビーム２３の先端部間には、ギャップとなる空間ＧＡＰが介在しており、この空間ＧＡＰを横断するように、接触端子１５が延びている。
【００５９】
第１ビーム１３上に固定されたグランド電極である第１ＧＮＤ１６は、第１グランド電極パッドＢＧＮＤ１に電気的に接続され、第２ビーム２３上に固定されたグランド電極である第２ＧＮＤ２６は、第２グランド電極パッドＢＧＮＤ２に電気的に接続されている。
【００６０】
第１ＧＮＤ１６の平面形状は、扇形であり、第２ＧＮＤ２６の平面形状も、同一形状の扇形であり、ビーム先端部間の空間ＧＡＰの重心を中心として、これらは点対称に配置されている。したがって、第１ＧＮＤ１６の外側の円弧の含む仮想的な円の軌道上に、第２ＧＮＤ２６の外側の円弧が重なる。この仮想的な円の内側の領域が、基板１３Ｋにおいて実効的に撓むビームの領域であり、この領域内の厚みは、領域外の厚みよりも薄くしてもよい。
【００６１】
また、第１ビーム１３と第２ビーム２３も、ビーム先端部間の空間ＧＡＰの重心を中心として、これらは点対称に配置されている。同様に、第１信号線１４と第２信号線２４も、ビーム先端部間の空間ＧＡＰの重心を中心として、これらは点対称に配置されている。
【００６２】
上述の空間ＧＡＰのＹ軸方向の両端部からは、ＸＹ平面内において、これに連続するギャップとしての空間ＧＡＰ１及び空間ＧＡＰ２が、互いに逆方向に延びている。一方の空間ＧＡＰ１は、第１信号線１４の一方の側面と平行に延びており、また、扇型の第２ＧＮＤ２６の径方向の辺とも平行に延びており、これらの側面と辺によって挟まれている。他方の空間ＧＡＰ２は、第２信号線２４の一方の側面と平行に延びており、また、扇型の第１ＧＮＤ１６の径方向の辺とも平行に延びており、これらの側面と辺によって挟まれている。
【００６３】
このＭＥＭＳスイッチ１００においては、第１ビーム１３と、第１ビーム１３に設けられた第１信号線１４と、第１ビーム１３に設けられ、第１信号線１４に隣接する第１グランド電極(第１ＧＮＤ１６)と、第１ビーム１３に対してギャップ（ＧＡＰ、ＧＡＰ１，ＧＡＰ２）を介して隣接した第２ビーム２３と、第２ビーム２３に設けられた第２信号線２４と、第２ビーム２３に設けられ、第２信号線２４に隣接する第２グランド電極（第２ＧＮＤ２６）と、を備えている。
【００６４】
そして、このスイッチは、少なくとも第１ビーム１３を変形させる第１駆動素子を備えており、接触端子１５は、第１信号線１４及び第２信号線２４のいずれか一方に固定され、第１ビーム１３の変形に伴って、第１信号線１４と第２信号線２４との間の接続を行っている。
【００６５】
このＭＥＭＳスイッチ１００によれば、第1信号線１４と第１ＧＮＤ１６は、同一の第1ビーム１３に設けられているので、第1駆動素子によって第１ビーム１３を変位させても、相対位置が変化せず、第1信号線１４の特性インピーダンスの変化を抑制できる。
【００６６】
同様に、第２信号線２４と第２ＧＮＤ２６は、同一の第２ビーム２３に設けられているので、第２駆動素子によって第２ビーム２３を変位させても、相対位置が変化せず、第２信号線２４の特性インピーダンスの変化を抑制できる。
【００６７】
また、第1ビーム１３と第２ビーム２３は、いずれも信号線とグランド電極を備えているため、物理的な特性が一致しやすく、したがって、温度変化に伴う構成要素の特性やスイッチング用の接触端子１５の位置の変化を相殺して軽減することが可能である。したがって、ＭＥＭＳスイッチ１００は、温度変化及びビームの撓みに対して、高い耐性を有することとなり、高品質な信号伝達をすることができる。
なお、コプレーナ導波路構造に関して、上述のＭＥＭＳスイッチにおいては、図６に示すように、第１ビーム１３上には、第１信号線１４及び第１ＧＮＤ１６（グランド電極）が設けられ、第２ビーム２３上には、第２信号線２４及び第２ＧＮＤ２６（グランド電極）が設けられ、第２ＧＮＤ２６は、第１の隙間Ｗ１を介して、第1信号線１４に隣接するまで延びており、第１信号線１４は、第1ＧＮＤ１６と第２ＧＮＤ２６とにより挟まれるように位置することで、第１のコプレーナ導波路を構成し、第１ＧＮＤ１６は、第２の隙間Ｗ２を介して、第２信号線２４に隣接するまで延びており、第２信号線２４は、第２ＧＮＤ２６と第１ＧＮＤ１６とにより挟まれるように位置することで、第２のコプレーナ導波路を構成している。
【００６８】
また、このＭＥＭＳスイッチ１００においては、第１ビーム１３と、第２ビーム２３とは、平面視において、点対称に配置されている。これらのビームが点対称に配置されている場合、その変位動作も点対称になるため、これらのビームの温度変位量と撓み動作が同じようになる。したがって、温度変化と撓み動作の相違に伴う接触端子１５による接触位置のバラつきを抑制し、信号伝達品質の劣化を抑制することができる。
【００６９】
図７および図８は、図６に示したＭＥＭＳスイッチを改良した基板の平面図である。
【００７０】
図６では、圧電素子からなる第１駆動素子１１及び第２駆動素子２１は、第１ＧＮＤ１６及び第２ＧＮＤ２６と、第１信号線１４および第２信号線２４との下部に存在している。本例では、それぞれ、Ｚ軸方向から見た場合、第１ＧＮＤ１６及び第２ＧＮＤ２６に重なる位置に配置される。したがって、第１駆動素子１１及び第２駆動素子２１の形状も、第１ＧＮＤ１６及び第２ＧＮＤ２６に対して、若干のマージン領域を除いて一致し、扇形を形成している。
【００７１】
この領域に駆動素子を固定した場合いおいても、バイメタル効果によって、駆動電圧の印加時においては、第１ビーム１３及び第２ビーム２３は撓むことになり、上記と同様い動作するが、信号線とは重なる位置にないため、信号線への影響が少ないという利点がある。図８の例では、第１駆動素子１１及び第２駆動素子２１の信号線（１４、２４）側の外縁が、第１ＧＮＤ１６及び第２ＧＮＤ２６の信号線（１４、２４）側の外縁よりも各信号線から遠くに位置し、各ＧＮＤ内部に設けられている。このため、図７の場合よりも、駆動素子の信号線への影響をさらに低減できるという利点がある。
【００７２】
図９および図１０は、図７および図８に示したＭＥＭＳスイッチを変形した基板の平面図である。
【００７３】
この例では、グランド電極の一番外周の辺と重なる仮想的な形状を、円形ではなく、正六角形としたものである。この場合、単独のグランド電極形状は、第１ＧＮＤ１６及び第２ＧＮＤ２６共に、それぞれ五角形となる。その他の構造及び作用効果は、上述のものと同一である。
【００７４】
なお、上記のＭＥＭＳスイッチ１００は、例えば、図１１に示す電子機器に適用することができる。
【００７５】
図１１は、本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチが適用される電子機器の一例の概略構成図である。
【００７６】
図１１に示す電子機器２００は、無線通信を行う電子機器であり、ハウジングＨに収容された複数のＭＥＭＳスイッチ１００と、複数のＭＥＭＳスイッチ１００に対してそれぞれ直列に接続されたフィルタ１０２と、アンテナ１０３と、スイッチ１０４と、処理回路１０５と、入力装置１０６と、ディスプレイ１０７と、制御回路ＣＯＮＴと、を含んで構成される。
【００７７】
アンテナ１０３からは、変調された高周波信号（ＲＦ信号）が入力される。電子機器２００では、制御回路ＣＯＮＴからの制御によって複数のＭＥＭＳスイッチ１００におけるＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。例えば、アンテナに含まれる複数の周波数帯域の信号から、単一の周波数帯域の信号を選択することができる。アンテナ１０３により受信された入力信号は、必要に応じて、アンプで増幅された後、ＯＮ状態が選択されたＭＥＭＳスイッチ１００、及び、当該ＭＥＭＳスイッチ１００に接続されたフィルタ１０２を通り、スイッチ１０４を経て処理回路１０５に入力し、処理回路１０５において入力信号に係る処理が行われる。それぞれのフィルタ１０２は、通過帯域の異なる周波数フィルタであり、選択された周波数の信号が、処理回路１０５に入力されることとなる。
【００７８】
処理回路１０５は、変調されていた入力信号を復調し、復調された信号から、文字又は画像情報を抽出し、制御回路ＣＯＮＴは、処理回路１０５から得られた文字又は画像情報をディスプレイ１０７上に表示することができる。なお、アンテナ１０３への入力信号は、映像信号又は音声信号とすることもできる。
【００７９】
また、入力装置１０６からユーザにより入力される情報が、制御回路ＣＯＮＴに対して送られて制御回路ＣＯＮＴによる複数のＭＥＭＳスイッチ１００の制御に反映されると共に、処理回路１０５による処理の結果等が制御回路ＣＯＮＴを介して、ディスプレイ１０７に対して出力されて、ユーザに通知される。なお、電子機器は、携帯電子機器とすることができる。
【００８０】
本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチ１００は、上述したように、第１駆動素子１１及び第２駆動素子２１の圧電駆動により、接点部１５ｂと第２信号線２４との接触及び離間が繰り返されることにより、第２信号線２４と接触端子１５との接続及び切断が繰り返される。
【００８１】
上記ＭＥＭＳスイッチを用いた電子機器は、ＭＥＭＳスイッチ１００と、アンテナ１０３と、アンテナ１０３にＭＥＭＳスイッチ１００を介して接続された周波数フィルタ１０２とを備えている。この電子機器は、ＭＥＭＳスイッチが高品質な信号伝達を行うため、誤動作が少ないなどの高性能な動作をすることができる。なお、アンテナ１０３は、ＭＥＭＳスイッチ１００への信号入力を行う信号入力素子であり、周波数フィルタ１０２はＭＥＭＳスイッチ１００からの出力信号を処理する信号処理素子である。信号入力素子としては、例えば、実験システムにおける信号発生器を適用することもできるし、信号処理素子としては、周波数逓倍器やＡＤ変換器などを適用することも可能である。
【００８２】
上述のＭＥＭＳスイッチにおいて、ビームが容易に変形し、スイッチングをスムーズに行うことができるためには、ビームを薄層化する必要がある。ＣＶＤやスパッタ等の薄膜成膜工程で薄膜を作成するほかに、薄層化処理には、バックグラインド処理（裏面研削処理）が挙げられるが、かかる処理には、グラインド（研削）の他、ポリッシュ（研磨）やエッチングなどの方法が考えられる。
【００８３】
上述の構造によれば、ＭＥＭＳ自体の変形(スイッチング、製造時反り、熱応力反り）によらず、安定したＣＰＷ形成が可能で、ＲＦ性能の高性能化、安定化（バラつき減少）が可能である。また、複数のスイッチを並べることができるため、マルチチャンネル化を行うこともできる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明のＭＥＭＳスイッチは、ＲＦ−ＭＥＭＳスイッチに利用でき、電子機器に組み込むことができる。
【符号の説明】
【００８５】
１５…接触端子（接点）、１３…第１ビーム、１４…第１信号線、１６…第１ＧＮＤ、２３…第２ビーム、２４…第２信号線、２６…第２ＧＮＤ。
【図１】
0006551072.tif 000002
【図２】
0006551072.tif 000003
【図３】
0006551072.tif 000004
【図４】
0006551072.tif 000005
【図５】
0006551072.tif 000006
【図６】
0006551072.tif 000007
【図７】
0006551072.tif 000008
【図８】
0006551072.tif 000009
【図９】
0006551072.tif 000010
【図１０】
0006551072.tif 000011
【図１１】
0006551072.tif 000012