(57)【要約】可動体を常に一方向に反らせることにより、温度の変化等に対して静電容量を安定的に変化させることができ、信頼性を高めるようにする。  基板２には、支持部４、支持梁７等を介して可動体６を変位可能に設け、その導体対向面６Ａには絶縁被膜８と可動電極９とを設ける。そして、駆動電極１３により可動体６等を信号遮断位置と信号通過位置との間で変位させ、伝送線路３を伝わる高周波信号を遮断し、または通過させる。この場合、絶縁被膜８は、その圧縮応力により可動体６と可動電極９とを伝送線路３に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせると共に、この反りの方向を常に保持する。これにより、可動体６等の反りの方向が温度の高低等によって変化し、可動電極９と伝送線路３との間の静電容量が変動するのを防止でき、スイッチ動作を安定的に行うことができる。
2005027257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板に設けられた固定電極と、該固定電極と対向する位置で前記基板に変位可能に設けられ該固定電極と近接，離間する板状の可動体と、該可動体のうち前記固定電極に面した部位に設けられ該可動体が前記固定電極と近接，離間するときに前記固定電極との間で静電容量が変化する可動電極と、前記可動体を前記固定電極と近接または離間する方向に駆動する駆動手段とから構成してなる可変容量素子において、
前記可動体には、前記可動体の中央部が周縁部に対して反る方向を前記固定電極に向けて凸湾曲形状となる方向と前記固定電極に向けて凹湾曲形状となる方向のうちいずれか一方向に常時保持する反り調整被膜を設ける構成としたことを特徴とする可変容量素子。
【請求項２】
前記可動体と反り調整被膜とは、前記可動体に反り調整被膜を形成するときに発生する内部応力と、前記可動体と反り調整被膜との熱膨張の差により生じる熱応力とを合わせた応力を全体の応力とすると、当該全体の応力が温度変化に対して常に前記可動体の反り方向を一方向に保持するように構成してなる請求項１に記載の可変容量素子。
【請求項３】
前記反り調整被膜は前記可動体を前記固定電極に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせる構成としてなる請求項１または２に記載の可変容量素子。
【請求項４】
前記反り調整被膜は前記可動体のうち前記固定電極に面した部位を圧縮応力をもって覆う絶縁被膜であり、前記可動電極は該絶縁被膜を介して前記可動体に配設し、前記絶縁被膜は圧縮応力により前記可動体と可動電極とを前記固定電極に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせる構成としてなる請求項１または２に記載の可変容量素子。
【請求項５】
前記反り調整被膜は前記可動体を前記固定電極に向けて凹湾曲形状となる方向に反らせる構成としてなる請求項１または２に記載の可変容量素子。
【請求項６】
前記固定電極と可動電極のうち少なくとも一方の部材には、前記可動体が前記固定電極に向けて変位するときに他方の部材に当接する絶縁性のストッパを設けてなる請求項１，２，３，４または５に記載の可変容量素子。
【請求項７】
前記ストッパは前記固定電極と可動電極とが対向する部位のうち一部分に配設してなる請求項６に記載の可変容量素子。
【請求項８】
前記固定電極は高周波信号を伝送する伝送線路である請求項１，２，３，４，５，６または７に記載の可変容量素子。
【請求項９】
前記基板には前記可動体を挟んで当該基板と反対側に他の基板を設け、前記他の基板には、前記駆動手段を構成し静電力により前記可動体を変位させる駆動電極を設けてなる請求項１，２，３，４，５，６，７または８に記載の可変容量素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、例えば静電容量を変化させることにより高周波信号等に対してスイッチ動作を行う可変容量型スイッチ、または可変容量コンデンサ等として好適に用いられる可変容量素子に関する。
【背景技術】
【０００２】  一般に、可変容量素子は、例えば可変容量型スイッチ、可変容量コンデンサ等として用いられている。これらの可変容量素子は、例えば特許文献１に記載されている静電駆動型のスイッチとほぼ同様に、基板上に可動体を変位可能に設け、この可動体を静電力によって基板に近接，離間させるものである。【０００３】
【特許文献１】［特許文献１］特開２０００−１８８０５０号公報
【０００４】  この種の従来技術による可変容量素子として、可変容量型スイッチを例に挙げて述べると、この可変容量型スイッチは、基板上にコプレーナ線路等の伝送線路が設けられている。また、基板上には、板状の可動体が支持梁等を介して変位可能に設けられ、この可動体は伝送線路の途中部位と隙間をもって対向している。【０００５】  そして、可動体のうち伝送線路に面した部位には、金属膜等からなる可動電極が設けられ、これらの可動電極と可動体とは、基板と垂直な方向に変位することにより、伝送線路に対して近接，離間する構成となっている。【０００６】  また、可動体には外部から給電される駆動電極が設けられ、例えば基板側にも、この駆動電極と隙間をもって対向する相手方の駆動電極が設けられている。そして、各駆動電極の間に給電したときには、これらの間に静電力が発生することにより、可動体が支持梁のばね力に抗して一定の方向（例えば、伝送線路に近接する方向）に変位する。これにより、可動体と一緒に可動電極が変位し、可動電極と伝送線路との間のギャップ（静電容量）が変化する。【０００７】  また、駆動電極への給電を停止したときには、可動体と可動電極とが支持梁のばね力によって初期位置に復帰することにより、可動電極と伝送線路との間の静電容量が初期状態に戻る。【０００８】  このように、可変容量型スイッチは、可動体の位置に応じて可動電極と伝送線路との間で静電容量を増減させ、この部位で伝送線路の共振周波数を変化させることにより、例えば伝送線路を伝わる高周波信号を可変容量型スイッチの位置で通過，遮断（反射）するものである。【０００９】  ところで、上述した従来技術では、例えば板状の可動体を伝送線路に対して近接，離間させる構成としている。しかし、可動体が変位するときには、例えば支持梁の形状やばね力のばらつき等により、可動体（可動電極）が伝送線路に対して平行ではなく、傾いた姿勢で近接することがある。【００１０】  このため、可動電極が伝送線路に近接するときには、その傾き状態に応じて両者間に形成されるギャップの寸法（静電容量）にばらつきが生じ、これによって伝送線路の共振周波数や高周波信号の伝送特性が不安定となる虞れがあり、スイッチとしての性能や信頼性が低下するという問題がある。【００１１】  また、従来技術の可変容量型スイッチにあっては、板状の可動体を覆うように膜状の可動電極が設けられている。このため、スイッチの周辺温度が変化するときに、可動体と可動電極には、両者の熱膨張量の差等によって反りが生じ易くなる。しかも、このような反りは、例えば可動体が伝送線路に向けて凸湾曲形状となる方向に反る場合と、伝送線路に向けて凹湾曲形状となる方向に反る場合とがあり、これらの反りの方向は温度の高低に応じて変化することもある。【００１２】  このため、従来技術では、可動体の反りの状態（方向）によっても、可動電極と伝送線路との間の静電容量にばらつきが生じ易いため、可変容量型スイッチの動作が温度の変化等に対して不安定となるという問題もある。
【発明の開示】
【００１３】  本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、可動体が変位するときに、可動電極と固定電極との間で静電容量を安定的に変化させることができ、温度の変化等に対して動作特性を良好に保持できると共に、信頼性を向上できるようにした可変容量素子を提供することにある。
【００１４】  上述した課題を解決するために本発明は、基板と、該基板に設けられた固定電極と、該固定電極と対向する位置で前記基板に変位可能に設けられ該固定電極と近接，離間する板状の可動体と、該可動体のうち前記固定電極に面した部位に設けられ該可動体が前記固定電極と近接，離間するときに前記固定電極との間で静電容量が変化する可動電極と、前記可動体を前記固定電極と近接または離間する方向に駆動する駆動手段とから構成してなる可変容量素子に適用される。
【００１５】  そして、本発明が採用する構成の特徴は、可動体には、前記可動体の中央部が周縁部に対して反る方向を前記固定電極に向けて凸湾曲形状となる方向と前記固定電極に向けて凹湾曲形状となる方向のうちいずれか一方向に常時保持する反り調整被膜を設ける構成としたことにある。
【００１６】  本発明によれば、可動体には、反り調整被膜を設ける構成としたので、駆動手段により可動体を固定電極に対して近接，離間させることができ、このときに可動電極と固定電極との間で静電容量を変化させることができる。この場合、反り調整被膜は、例えば温度の変化等に対して可動体を常に一定の方向に反らせることができ、可動体が固定電極の近傍に変位したときには、可動電極を固定電極と近接した所定の位置に安定的に保持することができる。
【００１７】  これにより、例えば可動体がある程度傾いた状態で固定電極に近接する場合でも、その中央部で可動電極と固定電極とを正確な位置関係をもって近接させることができる。また、例えば素子の温度が大きく変化する場合でも、反り調整被膜は、可動体と可動電極との熱膨張の差によってこれらの反りの方向が変化したり、この変化に伴って可動電極と固定電極との位置関係がずれるのを防止することができる。
【００１８】  従って、可動電極と固定電極とが近接したときの静電容量を正確な値に設定でき、これらの間の静電容量を可動体の位置に応じて高い精度で切換えることができる。これにより、例えば静電容量の変化を用いた各種のスイッチ動作を安定的に行うことができ、その動作特性を温度の変化等に対して良好に保持できると共に、素子の性能や信頼性を向上させることができる。
【００１９】  また、本発明によると、可動体と反り調整被膜とは、前記可動体に反り調整被膜を形成するときに発生する内部応力と、前記可動体と反り調整被膜との熱膨張の差により生じる熱応力とを合わせた応力を全体の応力とすると、当該全体の応力が温度変化に対して常に可動体の反り方向を一方向に保持するように構成してもよい。
【００２０】  この場合、可動体と反り調整被膜とは、内部応力と熱応力とを合わせた全体の応力が温度変化に対して常に可動体の反り方向を一方向に保持するように構成したので、素子の温度が広い温度範囲にわたって変化する場合でも、可動体、反り調整被膜等に付加される全体の応力が温度の高低等によって大きく変化し、この応力による反りの方向が変動するのを確実に防止でき、可動体を常に一定の方向に安定した状態で反らせることができる。
【００２１】  また、本発明によると、反り調整被膜は可動体を固定電極に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせる構成とするのが好ましい。
【００２２】  本発明によれば、反り調整被膜は、可動体を固定電極に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせる構成としたので、可動体の中央部を周縁部よりも固定電極に近い位置に突出させることができる。これにより、可動体が傾いた状態で固定電極に向けて変位するときでも、可動電極の中央部と固定電極とをより近接させることができ、両者の間隔を十分に小さくすることができる。
【００２３】  従って、可動電極が固定電極に対して近接，離間するときには、これらの間の静電容量を大きく変化させることができ、静電容量の変化に応じて各種のスイッチ動作を安定的に行うことができる。
【００２４】  また、本発明によると、反り調整被膜は可動体のうち固定電極に面した部位を圧縮応力をもって覆う絶縁被膜であり、可動電極は該絶縁被膜を介して前記可動体に配設し、前記絶縁被膜は圧縮応力により前記可動体と可動電極とを前記固定電極に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせる構成としてもよい。
【００２５】  本発明によれば、可動電極は、反り調整被膜となる絶縁被膜を介して可動体に配設し、絶縁被膜は圧縮応力により可動体と可動電極とを固定電極に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせる構成としたので、可動体が固定電極の近傍に達したときには、可動電極の中央部と固定電極との間隔を十分に小さくすることができる。これにより、可動電極と固定電極との間の静電容量を大きく変化させて各種のスイッチ動作を安定的に行うことができる。
【００２６】  また、絶縁被膜により可動体と可動電極との間を絶縁できるので、例えば可動体に給電を行う場合でも、可動電極との間に他の絶縁構造を設ける必要がなくなり、これらの構造を簡略化することができる。
【００２７】  また、本発明によると、反り調整被膜は可動体を固定電極に向けて凹湾曲形状となる方向に反らせる構成としてもよい。
【００２８】  この場合、反り調整被膜は、可動体を固定電極に向けて凹湾曲形状となる方向に反らせる構成としたので、例えば可動体の傾きや周囲の温度変化等が存在する場合でも、可動電極と固定電極とを正確な位置関係をもって近接させることができ、これらの間の静電容量を可動体の位置に応じて高い精度で切換えることができる。
【００２９】  また、本発明によると、固定電極と可動電極のうち少なくとも一方の部材には、可動体が前記固定電極に向けて変位するときに他方の部材に当接する絶縁性のストッパを設ける構成とするのが好ましい。
【００３０】  本発明によれば、固定電極と可動電極のうち少なくとも一方の部材には、可動体が固定電極に向けて変位するときに他方の部材に当接する絶縁性のストッパを設ける構成としたので、例えば固定電極にストッパを設ける構成とした場合には、可動体が固定電極に向けて変位するときに、可動電極をストッパに当接させることができる。
【００３１】  これにより、ストッパは、可動電極を固定電極と近接した所定の位置に安定的に保持でき、これらの間の位置関係（静電容量）を正確に設定できると共に、可動電極が振動、衝撃等により誤って変位するのを防止でき、素子の耐振性を高めることができる。また、ストッパによって可動電極と固定電極との間を確実に絶縁でき、これらの短絡を防ぐことができる。
【００３２】  一方、例えば可動電極にストッパを設ける構成とした場合には、可動体が固定電極に向けて変位するときに、ストッパを固定電極に当接させることができ、この場合にも同様に、可動電極と固定電極との位置関係をストッパによって正確に設定できると共に、両者の短絡を防止することができる。
【００３３】  また、本発明によると、ストッパは固定電極と可動電極とが対向する部位のうち一部分に配設する構成としてもよい。
【００３４】  本発明によれば、ストッパは、固定電極と可動電極とが対向する部位のうち一部分に配設する構成としたので、可動電極が固定電極と近接する位置に達したときには、可動電極とストッパとが当接する面積（または固定電極とストッパとが当接する面積）を小さくすることができる。これにより、可動電極や固定電極がストッパと固着して可変容量素子が作動不良となるのを防止でき、素子の動作を安定させることができる。
【００３５】  また、ストッパ以外の位置では、可動電極と固定電極との間に隙間を形成できるから、例えば可動電極や固定電極に隙間の位置で加工誤差等による突部が存在していたとしても、この突部が可動電極と固定電極との位置関係に影響を与えるのを防止することができる。このため、ストッパによって可動電極や固定電極の加工誤差等を吸収でき、これらの位置関係を安定的に設定することができる。
【００３６】  また、本発明によると、固定電極は高周波信号を伝送する伝送線路により構成するのが好ましい。
【００３７】  本発明によれば、固定電極は、高周波信号を伝送する伝送線路によって構成したので、可動体と可動電極とが伝送線路に対して近接，離間するときには、伝送線路を伝わる高周波信号を可動電極の位置で遮断したり、これを通過させることができ、高周波信号に対してスイッチ動作を行うことができる。
【００３８】  この場合、例えば可動体の傾きや周囲の温度変化等が存在する場合でも、反り調整被膜によって可動体の反りを常に一定方向に保持できるから、可動電極と固定電極とが近接したときの静電容量を正確な値に設定でき、この近接部位で伝送線路の共振周波数を所望の値に切換えることができる。これにより、高周波信号を通過，遮断するスイッチ動作を安定的に行うことができ、その動作特性を温度の変化等に対して良好に保持することができる。
【００３９】  さらに、本発明によると、基板には可動体を挟んで当該基板と反対側に他の基板を設け、前記他の基板には、駆動手段を構成し静電力により前記可動体を変位させる駆動電極を設ける構成としている。
【００４０】  本発明によれば、可動体を挟んで基板と反対側に他の基板を設け、駆動手段は他の基板に設けた駆動電極により構成したので、駆動電極と可動体側との間に静電力を発生させることにより、可動体を固定電極に対して安定的に近接，離間させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】［図１］図１は本発明の第１の実施の形態による可変容量型スイッチを一部破断して示す平面図である。
［図２］図２は可変容量型スイッチを図１中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向からみた断面図である。
［図３］図３は可動体、絶縁被膜、可動電極等を示す図２中の要部拡大断面図である。
［図４］図４は可動体、絶縁被膜、可動電極等に反りが生じる状態を示す説明図である。
［図５］図５は可動体等を信号通過位置に切換えた状態を示す断面図である。
［図６］図６は可変容量型スイッチの製造時に蓋体に駆動電極、ストッパ等を形成した状態を示す断面図である。
［図７］図７は蓋体とシリコン板とを接合する状態を示す断面図である。
［図８］図８は蓋体と接合したシリコン板に研磨加工を施す状態を示す断面図である。
［図９］図９は研磨加工したシリコン板に絶縁被膜を形成する状態を示す断面図である。
［図１０］図１０は絶縁被膜の表面に可動電極を形成する状態を示す断面図である。
［図１１］図１１はシリコン板にエッチング加工を施して可動体等を形成する状態を示す断面図である。
［図１２］図１２は可動体側の支持部に基板を接着する状態を示す断面図である。
［図１３］図１３は本発明の第２の実施の形態による可変容量型スイッチを示す断面図である。
［図１４］図１４は本発明の第３の実施の形態による可変容量型スイッチを示す断面図である。
［図１５］図１５は本発明の変形例による可変容量型スイッチを図５と同様位置からみた断面図である。
【符号の説明】
【００４２】１，２１，３１  可変容量型スイッチ（可変容量素子）
２  基板
３  伝送線路（固定電極）
４，４′  支持部
６，６′，３２  可動体
６Ａ，６Ａ′，３２Ａ  導体対向面
６Ｂ，６Ｂ′，３２Ｂ  背面
６Ｃ，６Ｃ′，９Ａ，３２Ｃ，３４Ａ  中央部
６Ｄ，６Ｄ′，９Ｂ，３２Ｄ，３４Ｂ  周縁部
７，７′  支持梁
８，３３  絶縁被膜（反り調整被膜）
９，３４  可動電極
１０，１０′，１２  ストッパ
１１  蓋板（他の基板）
１３，２２  駆動電極（駆動手段）
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】  以下、本発明の実施の形態による可変容量素子を、添付図面を参照して詳細に説明する。【００４４】  ここで、図１ないし図１２は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、可変容量素子として可変容量型スイッチを例に挙げて述べる。【００４５】  図中、１は可変容量型スイッチ、２は該可変容量型スイッチ１の本体部分を構成する基板で、該基板２は、図１、図２に示す如く、例えば高抵抗な単結晶のシリコン材料、絶縁性のガラス材料等によって形成されている。【００４６】  ３は基板２に設けられた固定電極としての伝送線路で、該伝送線路３は、例えば複数の金属膜等からなり、マイクロ波、ミリ波等の高周波信号を伝送するコプレーナ線路として形成されている。そして、伝送線路３は、図１中の前，後方向に延びる中心導体３Ａと、該中心導体３Ａの左，右両側に配置され、グランドに接続される接地導体３Ｂ，３Ｂとにより構成されている。【００４７】  ４は伝送線路３の左，右両側に位置して基板２に突設された例えば２箇所の支持部で、該各支持部４は、例えば低抵抗な単結晶のシリコン材料等からなり、エッチング加工等の手段を用いて後述の可動体６、支持梁７と一緒に形成されるものである。また、支持部４は、例えばポリイミド系樹脂等の接着剤５を用いて基板２に固着されている。【００４８】  ６は基板２の表面側に変位可能に配置された可動体で、該可動体６は、例えば低抵抗な単結晶のシリコン材料等からなり、例えば２０〜８０μｍ程度の厚みを有する略四角形の板状に形成されている。【００４９】  また、可動体６は、後述の支持梁７を介して基板２上に支持され、伝送線路３の長さ方向途中部位と対向している。そして、可動体６は、基板２と垂直な方向（伝送線路３に対して近接，離間する方向）に変位し、後述の可動電極９によって伝送線路３の高周波信号を遮断する信号遮断位置（図２参照）と、高周波信号を通過させる信号通過位置（図５参照）との間で上，下方向に移動する。【００５０】  ここで、可動体６のうち伝送線路３の各導体３Ａ，３Ｂと対向する部位は四角形状の導体対向面６Ａとなり、この導体対向面６Ａには後述の絶縁被膜８と可動電極９とが積層して設けられている。また、可動体６のうち後述の蓋板１１と対向する部位は背面６Ｂとなっている。【００５１】  また、可動体６は、後述する絶縁被膜８の圧縮応力が作用することにより、伝送線路３に向けて凸湾曲形状となる方向（図２中で下向きの凸湾曲形状となる方向）に反った状態に常時保持されている。これにより、可動体６の中央部６Ｃは、その外側を取囲む周縁部６Ｄと比較して、図３中の寸法ｔ分だけ伝送線路３に向けて突出している。【００５２】  ７は可動体６の四隅と各支持部４との間に設けられた例えば４本の支持梁で、該各支持梁７は、例えば低抵抗な単結晶のシリコン材料等からなり、図１、図２に示す如く、クランク状に屈曲して形成されている。そして、支持梁７は、基板２と垂直な方向（図２中の上，下方向）に撓み変形することにより、可動体６を上，下方向に変位可能に支持している。【００５３】  また、支持梁７は、可動体６が信号遮断位置にあるときに、伝送線路３から離れる方向に撓み変形（弾性変形）した状態に保持され、その復元力（ばね力）により可動体６等を伝送線路３に向けて付勢している。これにより、後述の駆動電極１３と可動体６との間に給電していないときに、可動体６は、各支持梁７のばね力により可動電極９が後述のストッパ１０に当接する位置（信号遮断位置）で静止状態に保持されている。【００５４】  一方、駆動電極１３と可動体６との間に給電したときには、図５に示す如く、これらの間に静電力が生じることにより、可動体６、可動電極９等が各支持梁７のばね力に抗して伝送線路３から離れる方向に変位し、これらは可動体６の背面６Ｂが後述のストッパ１２に当接する位置（信号通過位置）で静止状態に保持されるものである。【００５５】  ８は可動体６の導体対向面６Ａに設けられた反り調整被膜としての絶縁被膜を示し、該絶縁被膜８は、図２ないし図４に示す如く、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の絶縁性を有する薄膜からなり、例えば０．１〜１０μｍ程度の厚みをもって可動体６の導体対向面６Ａをほぼ全面にわたり覆っている。【００５６】  そして、絶縁被膜８は可動体６と可動電極９との間に介在し、これらの間を絶縁している。また、絶縁被膜８は、可動体６に圧縮応力を作用させることにより、可動体６、絶縁被膜８及び可動電極９の全体に生じる反りの方向を調整し、これら全体を伝送線路３に向けて凸湾曲形状に反った状態に常時保持している。【００５７】  この場合、可動体６、絶縁被膜８及び可動電極９は、可動体６に絶縁被膜８と可動電極９とを形成するときに発生する内部応力に対して、これらの可動体６、絶縁被膜８及び可動電極９の熱膨張の差により生じる熱応力の寄与成分が小さくなるように形成され、これらの内部応力と熱応力とを合わせた全体の応力は、温度の変化等に対して常に可動体６の反り方向を一方向に保持するように構成されている。【００５８】  これにより、可変容量型スイッチ１は、例えば−５０〜１５０℃程度の温度変化に対して、可動体６等が伝送線路３に向けて下向きに凸湾曲形状に反った状態を安定的に保持でき、この反りの方向が変化するのを防止することができる。【００５９】  ９は可動体６の導体対向面６Ａに絶縁被膜８を介して設けられた可動電極で、該可動電極９は、例えばチタン、クロム等の密着層と、白金、パラジウム等のバリア層と、金等の電極層とを積層した３層の金属薄膜からなり、例えば０．１〜５μｍ程度の厚みをもって形成されると共に、可動体６の導体対向面６Ａを覆う位置に配設されている。【００６０】  そして、可動電極９は、信号遮断位置で伝送線路３の途中部位に近接し、信号通過位置で伝送線路３から離間することにより、伝送線路３との間の静電容量を変化させる。これにより、伝送線路３の共振周波数は、可動電極９の位置に応じて変化し、伝送線路３を伝わる高周波信号は、この共振周波数に応じて可動電極９の位置で遮断されるか、またはこの位置を通過するようになるため、可動電極９によってスイッチ動作を行うことができる。【００６１】  この場合、可動電極９は、絶縁被膜８の圧縮応力により可動体６と一緒に伝送線路３に向けて凸湾曲形状に反った状態に保持され、その中央部９Ａは周縁部９Ｂよりも伝送線路３に向けて突出している。【００６２】  このため、可動体６が信号遮��位置にあるときには、周囲の温度等が変動したとしても、可動電極９の中央部９Ａ等を伝送線路３の中心導体３Ａと近接する所定の位置で安定に静止させることができる。この結果、信号遮断位置では、後述の如く可動電極９と伝送線路３との間の静電容量、伝送線路３の共振周波数等を正確に設定でき、これによって高周波信号を安定的に遮断することができる。【００６３】  １０は伝送線路３の複数個所に設けられた島状のストッパで、該各ストッパ１０は、例えば酸化シリコン等の絶縁膜をエッチング加工することにより形成され、図２、図３に示す如く、伝送線路３の表面側の一部分に形成されている。そして、各ストッパ１０は、伝送線路３の表面から可動電極９に向けて上向きに突出し、この突出端には可動電極９が信号遮断位置で当接している。これにより、ストッパ１０は、各支持梁７のばね力により付勢された可動体６、可動電極９等を信号遮断位置で静止状態に保持し、この状態で伝送線路３と可動電極９との間を絶縁するものである。【００６４】  １１は各支持部４を介して基板２に設けられた他の基板としての蓋板で、該蓋板１１は、例えば絶縁性のガラス材料、高抵抗なシリコン材料等からなり、陽極接合等の手段によって各支持部４の先端側に接合されると共に、可動体６を挟んで基板２と反対側に配置されている。【００６５】  １２は可動体６の背面６Ｂと対向する位置で蓋板１１の複数個所に一体形成された島状のストッパで、該各ストッパ１２は、後述の駆動電極１３よりも可動体６に近い位置に突出し、この突出端には可動体６が信号通過位置で当接する構成となっている。そして、ストッパ１２は、駆動電極１３に引付けられた可動体６、可動電極９等を信号通過位置で静止状態に保持し、可動体６と駆動電極１３との間を絶縁するものである。【００６６】  １３は例えば金属膜等を用いて蓋板１１に設けられた駆動手段としての駆動電極で、該駆動電極１３は各ストッパ１２の間に配置され、可動体６の背面６Ｂと対向している。そして、駆動電極１３は、蓋板１１に設けられた引出電極１４を介して電源１５に接続されている。また、電源１５は、他の引出電極１４、支持部４、支持梁７等を介して可動体６と接続されている。そして、電源１５により駆動電極１３と可動体６との間に給電したときには、これらの間に静電力が生じることにより、可動体６等が信号通過位置に向けて変位する構成となっている。【００６７】  本実施の形態による可変容量型スイッチ１は上述の如き構成を有するもので、次に、可変容量型スイッチ１をシャントスイッチとして使用した場合を例に挙げ、その作動について説明する。【００６８】  まず、可動体６が信号遮断位置にあるときに、電源１５により駆動電極１３と可動体６との間に給電すると、これらの間に生じる静電力によって可動体６が駆動される。そして、可動体６、可動電極９等は、伝送線路３から離間する方向に変位し、ストッパ１２に押付けられた信号通過位置で静止する。【００６９】  これにより、可動電極９は伝送線路３から離れた位置に保持され、これらの間の静電容量が減少するため、両者の対向部位のインピーダンスは、伝送線路３のインピーダンス（例えば、５０Ω程度）と比較して十分に高い値となる。こ���ため、伝送線路３を伝わる高周波信号は可動電極９の位置を通過できるようになり、可変容量型スイッチ１は閉成（ＯＮ）状態となる。【００７０】  また、電源１５による給電を停止したときには、可動体６が各支持梁７のばね力により伝送線路３に近接する方向に駆動される。これにより、可動電極９は、ストッパ１０に押付けられた信号遮断位置で静止し、伝送線路３と近接した状態に保持される。この結果、可動電極９の近傍における伝送線路３の共振周波数は、可動電極９と伝送線路３との間の静電容量と、可動電極９のインダクタンスとに応じて定められる所定の周波数値に変化する。【００７１】  そして、この共振周波数の周波数値を、例えば伝送線路３を伝わる高周波信号の周波数と等しくなるように予め設定しておくことにより、可動電極９の近傍で伝送線路３のインピーダンスが極小値となり、伝送線路３を伝わる高周波信号は可動電極９の位置で遮断（反射）されるようになる。これにより、可変容量型スイッチ１を開成（ＯＦＦ）状態に切換えることができる。【００７２】  この場合、可動体６、絶縁被膜８及び可動電極９は、絶縁被膜８の圧縮応力により常に伝送線路３に向けて凸湾曲形状に反った状態となっている。このため、可動体６を信号遮断位置に切換えたときには、可動電極９の中央部９Ａ等を伝送線路３の中心導体３Ａと近接する正確な位置に安定的に保持することができる。【００７３】  これにより、可動体６が信号遮断位置となったときには、可動電極９と伝送線路３との間の静電容量が所定の容量値となるように、静電容量を正確に変化させることができ、この静電容量の値に応じて伝送線路３の共振周波数を高い精度で設定することができる。この結果、可動体６が信号遮断位置にあるときの共振周波数と、伝送線路３を伝わる高周波信号の周波数とを一致させることができ、これによって信号の遮断動作を確実に行うことができる。【００７４】  次に、図６ないし図１２を参照しつつ、可変容量型スイッチ１の製造方法について述べる。【００７５】  まず、図６に示す蓋板形成工程では、例えば絶縁性のガラス板、高抵抗なシリコン板等に加工を施すことにより、ストッパ１２、駆動電極１３等が設けられた蓋板１１を形成する。【００７６】  また、図７に示すシリコン板接合工程では、例えば１００μｍ以上の厚みをもつ単結晶のシリコン板１６等に一定の深さをもつ凹部１６Ａを予め形成しておき、このシリコン板１６と蓋板１１とを陽極接合等の手段によって接合する。次に、図８に示す研磨工程では、シリコン板１６を蓋板１１と反対側から研磨加工し、その厚みを２０〜８０μｍ程度に形成する。【００７７】  次に、図９に示す絶縁被膜形成工程では、シリコン板１６の研磨加工した面に対して、例えばスパッタ法、熱酸化法等の手段によって酸化シリコンの被膜を形成し、この被膜を所定の形状にエッチング加工することにより、絶縁被膜８を形成する。【００７８】  そして、図１０に示す電極形成工程では、絶縁被膜８の表面に対して、例えば金、白金、パラジウム、チタン、クロム等を含んだ金属膜を蒸着等の手段によって形成し、この金属膜を所定の形状にエッチング加工することにより、可動電極９を形成する。【００７９】  この場合、絶縁被膜���成工程と電極形成工程では、例えば絶縁被膜８及び可動電極９の厚み、形成範囲等を適切に設定することにより、絶縁被膜８の圧縮応力によって可動電極９の引張応力が打消され、可動体６、絶縁被膜８及び可動電極９による全体の応力がこれらを下向きの凸湾曲形状に反らせるようにする。【００８０】  次に、図１１に示す可動体形成工程では、シリコン板１６に対して、例えば反応性イオンエッチング等のエッチング加工を施すことにより、シリコン板１６を所定の形状にパターン成形し、その一部を用いて各支持部４、可動体６及び支持梁７を形成する。これにより、パターン成形された可動体６は、絶縁被膜８の圧縮応力により下向きの凸湾曲形状に反った状態となる。【００８１】  そして、図１２に示す基板接着工程では、基板２の表面側に各種の成膜法、エッチング加工等を施すことにより、伝送線路３、ストッパ１０等を予め形成しておき、この基板２を各支持部４の端面に接着剤５を用いて接着する。さらに、前述した各工程のうち適切な段階で引出電極１４を形成することにより、可変容量型スイッチ１を製造することができる。【００８２】  かくして、本実施の形態によれば、可動体６の導体対向面６Ａには、反り調整被膜としての絶縁被膜８を設ける構成としたので、この絶縁被膜８により可動体６と可動電極９とを常に下向きの凸湾曲形状となる一定の方向に反らせることができ、可動体６が伝送線路３の近傍に変位したときには、可動電極９を伝送線路３の中心導体３Ａ等と近接した所定の位置に安定的に保持することができる。【００８３】  これにより、例えば可動体６がある程度傾いた状態で伝送線路３に近接する場合でも、可動電極９の中央部９Ａと伝送線路３の中心導体３Ａ等とを正確な位置関係をもって近接させることができる。また、例えば周囲の温度が大きく変化する場合でも、絶縁被膜８は、可動体６と可動電極９との熱膨張の差によってこれらの反りの方向が変化したり、この変化に伴って可動電極９と伝送線路３との位置関係がずれるのを防止することができる。【００８４】  従って、可動電極９と伝送線路３とが近接したときの静電容量を正確な値に設定でき、これらの間の静電容量を可動体６の位置に応じて高い精度で切換えることができる。これにより、高周波信号に対するスイッチ動作を安定的に行うことができ、その動作特性を温度の変化等に対して良好に保持できると共に、スイッチとしての性能や信頼性を向上させることができる。【００８５】  この場合、可動体６と絶縁被膜８とは、内部応力と熱応力とを合わせた全体の応力が温度変化に対して常に可動体６の反り方向を一定に保つように形成したので、可動体６、絶縁被膜８等に付加される全体の応力が温度の高低等によって大きく変化し、この応力による反りの方向が変動するのを確実に防止でき、可動体６と可動電極９とを常に一定の方向に安定した状態で反らせることができる。【００８６】  しかも、絶縁被膜８は、圧縮応力により可動体６と可動電極９とを伝送線路３に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせるようにしたので、これらの中央部６Ｃ，９Ａを周縁部６Ｄ，９Ｂよりも伝送線路３に近い位置に突出させることができる。これにより、可動体６が伝送線路３に向けて変位するとき��は、可動電極９の中央部９Ａと伝送線路３とをより近接させることができ、両者の間隔を十分に小さくすることができる。従って、可動電極９が伝送線路３に対して近接，離間するときには、これらの間の静電容量を大きく変化させることができ、静電容量の変化に応じてスイッチ動作を安定的に行うことができる。【００８７】  また、可動電極９は、絶縁被膜８を介して可動体６に配設したので、絶縁被膜８により可動体６と可動電極９の反りの方向を調整しつつ、これらの間を絶縁することができる。これにより、電源１５から給電される可動体６と、可動電極９との間に他の絶縁構造等を設ける必要がなくなり、これらの構造を簡略化することができる。【００８８】  一方、伝送線路３には絶縁性のストッパ１０を設けたので、可動体６が伝送線路３に向けて変位するときには、可動電極９をストッパ１０に当接させることができる。これにより、ストッパ１０は、可動電極９を伝送線路３と近接した信号遮断位置に安定的に保持でき、これらの間の位置関係（静電容量）を正確に設定できると共に、可動電極９が振動、衝撃等により誤って変位するのを防止でき、耐振性を高めることができる。そして、ストッパ１０によって可動電極９と伝送線路３との間を確実に絶縁でき、これらの短絡を防ぐことができる。【００８９】  この場合、各ストッパ１０を島状に形成し、これらを伝送線路３の表面のうち一部分に配設したので、可動電極９が信号遮断位置に達したときには、可動電極９と各ストッパ１０とが当接する面積を小さくすることができ、これらが固着して可変容量型スイッチ１が作動不良となるのを防止することができる。【００９０】  また、各ストッパ１０以外の位置では、可動電極９と伝送線路３との間に隙間を形成できるから、例えば可動電極９や伝送線路３に隙間の位置で加工誤差等による突部が存在していたとしても、この突部が可動電極９と伝送線路３との位置関係（両者間のギャップの寸法）に影響を与えるのを防止することができる。このため、ストッパ１０によって可動電極９や伝送線路３の加工誤差等を吸収でき、これらの位置関係を安定的に設定することができる。【００９１】  また、基板２には、可動体６を挟んで当該基板２と反対側に蓋板１１を設け、この蓋板１１に島状をなす絶縁性のストッパ１２を設けたので、これらのストッパ１２は、ストッパ１０の場合とほぼ同様に、可動電極９を伝送線路３から離間した信号通過位置に安定的に保持でき、この状態で可動体６と駆動電極１３との間を確実に絶縁できると共に、可動体６がストッパ１２に固着するのを防止することができる。この場合、ストッパ１２は、蓋板１１と一体形成したので、これらの加工、形成を効率よく行うことができる。【００９２】  次に、図１３は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、可動体にも駆動電極を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。【００９３】  ２１は可変容量型スイッチで、該可変容量型スイッチ２１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、基板２、伝送線路３、支持部４′、可動体６′、支持梁７′、絶縁被膜８、可動電極９、駆動電極１３等により構成され、可動体６′は、導体対向面６Ａ′、背面６Ｂ′、中央部６Ｃ′及び周縁部６Ｄ′を有している。【００９４】  しかし、可動体６′の背面６Ｂ′には、例えば金属膜等を用いて可動側の駆動電極２２が設けられ、この駆動電極２２は、固定側の駆動電極１３と共に駆動手段を構成している。また、駆動電極２２は、支持部４′と支持梁７′とに沿って設けられた配線パターン２３（一部のみ図示）等を介して引出電極１４と接続されている。【００９５】  そして、可変容量型スイッチ２１を切換えるときには、電源１５により駆動電極１３，２２の間に給電し、これらの間に静電力を発生することにより、可動体６′等を信号通過位置に変位させるものである。【００９６】  かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、可動体６′の背面６Ｂ′に可動側の駆動電極２２を設ける構成としたので、可変容量型スイッチ２１を切換えるときには、固定側の駆動電極１３と可動側の駆動電極２２との間に給電することにより、可動体６′等を信号通過位置へと円滑に変位させることができる。【００９７】  これにより、例えば支持部４′、可動体６′、支持梁７′等には、導電性をもたせる必要がなくなるから、これらの部材を絶縁性材料によって形成することもでき、設計自由度を高めることができる。【００９８】  次に、図１４は本発明による第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、可動体を固定電極に向けて凹湾曲形状となる方向に反らせる構成としたことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。【００９９】  ３１は可変容量型スイッチで、該可変容量型スイッチ３１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、基板２、伝送線路３、支持梁７、駆動電極１３と、後述の可動体３２、絶縁被膜３３、可動電極３４等とにより構成されている。【０１００】  ３２は基板２の表面側に変位可能に配置された可動体で、該可動体３２は、第１の実施の形態とほぼ同様に、例えば単結晶のシリコン材料等からなり、導体対向面３２Ａ、背面３２Ｂ、中央部３２Ｃ及び周縁部３２Ｄを有する略四角形の板状に形成されると共に、各支持梁７により基板２と垂直な方向に変位可能に支持されている。【０１０１】  また、可動体３２の導体対向面３２Ａには、第１の実施の形態とほぼ同様の絶縁被膜３３と可動電極３４とが積層されているものの、これらは両方とも可動体３２に引張応力を付加する構成となっている。【０１０２】  これにより、可動体３２と可動電極３４とは、伝送線路３に向けて凹湾曲形状となる方向（図１４中で上向きの凸湾曲形状となる方向）に反った状態に常時保持され、これらの中央部３２Ｃ，３４Ａは周縁部３２Ｄ，３４Ｂよりも上向きに突出している。【０１０３】  かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。【０１０４】  なお、前記第１，第２の実施の形態では、可動体６，６′の導体対向面６Ａ，６Ａ′に絶縁被膜８を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば可動体６，６′の背面６Ｂ��６Ｂ′に反り調整被膜を設け、この反り調整被膜の引張応力により可動体を伝送線路に向けて凸湾曲形状となる方向に反らせる構成としてもよい。【０１０５】  また、実施の形態では、反り調整被膜として、例えば酸化シリコン等からなる絶縁被膜８，３３を用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）等を含めて他の絶縁材料により反り調整被膜を構成してもよい。さらに、可動体６と可動電極９との絶縁構造に反り調整被膜を利用しない場合には、反り調整被膜を導電性材料によって構成してもよい。【０１０６】  また、実施の形態では、伝送線路３にストッパ１０を突設する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１５に示す変形例のように構成してもよい。この場合、可動電極９の表面には、伝送線路３側のストッパ１０に代えて各ストッパ１０′が突設されている。さらに、本発明では、ストッパ１０，１０′を両方とも設ける構成としてもよい。【０１０７】  また、実施の形態では、酸化シリコン等の絶縁膜をエッチング加工することにより島状の各ストッパ１０を構成した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば酸化シリコン以外の絶縁性材料を用いる構成としてもよい。また、例えば伝送線路３を覆う絶縁膜を形成し、この絶縁膜をエッチング加工することなく絶縁膜全体をそのままストッパとして用いる構成としてもよい。【０１０８】  また、各実施の形態では、蓋板１１に駆動電極１３を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば特開２０００−１８８０５０号公報等に示すように、基板に駆動電極を設け、蓋板等を用いない構成としてもよい。この場合、駆動電極は、固定電極と異なる位置で可動体と対向し、静電力によって可動体を変位させる構成となっている。【０１０９】  また、実施の形態では、可変容量素子として、高周波信号用の可変容量型スイッチ１，２１，３１を例に挙げて述べた。しかし、本発明はこれに限らず、例えば固定電極と可動電極とにより形成されるコンデンサの静電容量値を可動体の位置に応じて切換える構成とした可変容量コンデンサに適用してもよい。【０１１０】  さらに、実施の形態では、伝送線路３として、コプレーナ線路を例に挙げて述べた。しかし、本発明はこれに限らず、例えばスロット線路等を含めて各種の伝送線路に適用する構成としてもよい。
【図１】
2005027257.tif 000003
【図２】
2005027257.tif 000004
【図３】
2005027257.tif 000005
【図４】
2005027257.tif 000006
【図５】
2005027257.tif 000007
【図６】
2005027257.tif 000008
【図７】
2005027257.tif 000009
【図８】
2005027257.tif 000010
【図９】
2005027257.tif 000011
【図１０】
2005027257.tif 000012
【図１１】
2005027257.tif 000013
【図１２】
2005027257.tif 000014
【図１３】
2005027257.tif 000015
【図１４】
2005027257.tif 000016
【図１５】
2005027257.tif 000017
【国際調査報告】
2005027257.tif 000018
2005027257.tif 000019
2005027257.tif 000020
2005027257.tif 000021