(57)【要約】【課題】小型化可能で、駆動電力の低電圧化またはスイッチ接点部の接点動作の安定化が可能なスイッチを提供すること【解決手段】本発明は、基板（６０）にそれぞれの一端が固定された複数のねじりバネ（１２ａ、１２ｂ）と、複数のねじりバネ（１２ａ、１２ｂ）それぞれの他方の一端が固定され、静電アクチュエータ（２０ａ、２０ｂ）で揺動する梁部（１０）と、梁部（１０）に設けられた第１接点（３２ａ、３２ｂ）と基板（６０）に固定された第２接点（３６ａ、３６ｂ）とが接続または非接続するスイッチ接点部（３０ａ、３０ｂ）と、を具備することを特徴とするスイッチ。【選択図】図２
2007149370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にそれぞれの一端が固定された複数のねじりバネと、
該複数のねじりバネそれぞれの他方の一端が固定され、静電アクチュエータで揺動する梁部と、
該梁部に設けられた第１接点と基板に固定された第２接点とが接続または非接続するスイッチ接点部と、を具備することを特徴とするスイッチ。
【請求項２】
前記梁部は、複数のサブ梁部と、前記複数のサブ梁部のそれぞれの一端が固定される共通部と、を有し、
前記共通部には前記複数のねじりバネが固定され、
前記複数のサブ梁部はそれぞれに前記静電アクチュエータおよび前記第１接点と、を有し、
前記スイッチ接点部は、前記複数のサブ梁部のそれぞれに設けられた前記第１接点に対応し複数設けられていることを特徴とする請求項１記載のスイッチ。
【請求項３】
前記複数のサブ梁部は２つのサブ梁部であることを特徴とする請求項２記載のスイッチ。
【請求項４】
前記共通部を挟み相対する２つの前記サブ梁部の一方のサブ梁部に設けられた前記静電アクチュエータが第１静電アクチュエータであり、他方のサブ梁部に設けられた前記静電アクチュエータが第２静電アクチュエータであり、
前記第１静電アクチュエータに第１電圧が印加されるとき前記第２静電アクチュエータには第２電圧が印加され、
前記第１静電アクチュエータに第３電圧が印加されるとき前記第２静電アクチュエータには第４電圧が印加され、
前記第１電圧は前記第２電圧より大きく、前記第３電圧は前記第４電圧より小さいことを特徴とする請求項２または３記載のスイッチ。
【請求項５】
前記第１電圧と前記第４電圧とは等しく、前記第２電圧と前記第３電圧とは等しいことを特徴とする請求項４記載のスイッチ。
【請求項６】
前記第１静電アクチュエータに印加される電圧が前記第１電圧から前記第３電圧に変わる時点と前記第２静電アクチュエータに印加される電圧が前記第２電圧から前記第４電圧に変わる時点とは同時であり、
前記第１静電アクチュエータに印加される電圧が前記第３電圧から前記第１電圧に変わる時点と前記第２静電アクチュエータに印加される電圧が前記第４電圧から前記第２電圧に変わる時点とは同時であることを特徴とする請求項４または５記載のスイッチ。
【請求項７】
前記第１静電アクチュエータには前記第１静電アクチュエータを駆動するための第１駆動信号が印加され、
前記第２静電アクチュエータには前記第２静電アクチュエータを駆動するための第２駆動信号が印加され、
前記第１駆動信号を反転させ前記第２駆動信号を出力するインバータを具備することを特徴とする請求項４から６のいずれか一項記載のスイッチ。
【請求項８】
前記梁部には２本のＶ字状に設けられた前記ねじりバネが固定されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載のスイッチ。
【請求項９】
前記Ｖ字状に設けられた２本のねじりバネ部の間に前記ねじりバネが設けられたことを特徴とする請求項８記載のスイッチ。
【請求項１０】
前記サブ梁部と前記ねじりバネとは１つ置きに前記共通部に接続されることを特徴とする請求項２記載のスイッチ。
【請求項１１】
前記サブ梁部の少なくとも１つはお互いに電気的に独立な複数の前記スイッチ接点部を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項記載のスイッチ。
【請求項１２】
前記静電アクチュエータの下部電極に電気的に接続する配線電極が前記ねじりバネ上に設けられたことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項記載のスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチに関し、特に機械的に駆動し電気的に接続するスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体通信システムの発展に伴って携帯電話、携帯情報端末等が急速に普及している。例えば、携帯電話端末においては、８００ＭＨｚ〜１．０ＧＨｚ帯および１．５ＧＨｚ〜２．０ＧＨｚ帯といった高周波帯が使用されている。これら移動通信システム用の機器には、高周波用スイッチが用いられている。高周波用スイッチとしては、小型化および省電力化が求められ、従来はＧａＡｓ（砒化ガリウム）等を用いた半導体スイッチ等が用いられていた。しかし、半導体スイッチは電力損失が大きくアイソレーションが低い。そこで、小型化が可能で、低電力損失、高アイソレーションが可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いた高周波用ＭＥＭＳスイッチ（以下、ＭＥＭＳスイッチ）の開発が進められている。
【０００３】
特許文献１および特許文献２には、一端が基板に固定された可動梁部である片持ち梁を有するＭＥＭＳスイッチが開示されている。これらのスイッチはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ）基板を用い、上部シリコン層より片持ち梁を形成する。片持ち梁の先端にはＡｕの薄膜電極を設け、薄膜電極の上方に上部電極をＡｕめっきにより作製する。薄膜電極と上部電極とが接続または非接続するスイッチ接点部を構成する。片持ち梁の駆動には静電アクチェータまたは電磁アクチュエータを用いる。例えば、静電アクチェータは、片持ち梁上に下部電極、片持ち梁の上方に上部電極を設け、上部電極および下部電極間に電圧を印加することにより、片持ち梁を駆動させる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４３５７６号公報
【特許文献２】特表２００３−５２２３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＭＥＭＳスイッチには、駆動電圧の低電圧化（すなわち低消費電力化）、安定性の向上および小型化が求められる。一般に駆動電圧を下げるとスイッチ接点部の接点動作が不安定になる。例えば、ＭＥＭＳスイッチの駆動電圧を低減するためにはアクチュエータから発生する力が小さくてもスイッチ接点部が可動することが求められる。その方法としては可動梁部のバネ定数の低減がある。しかし、可動梁部のバネ定数を低減すると、スイッチ接点部が開放されるときの開離力が小さくなる。よって、スイッチ接点部が多数回開閉したときに開離不能となる現象が生じ接点動作が不安定になる可能性がある。このように、駆動電圧の低電圧化とスイッチ接点部の接点動作の安定化はトレードオフの関係にある。
【０００６】
電磁アクチュエータを用いたスイッチにおいて、消費電力を低減させる方法として、電磁アクチュエータにヒステリシス特性を有するラッチ機構を用いて動作中の電力を抑える方法が提案されている。また、ラッチ機構を実現するため、ヒンジを用いたシーソ構造が提案されている。しかし、こうれらの方法、構造では磁性体薄膜やコイルを小型化することは容易でなく、ＭＥＭＳスイッチの小型化が難しい。
【０００７】
一方、静電アクチュエータは構造が単純で、製作は容易であり、小型可能である。静電アクチュエータの駆動電圧を低減するためには、静電アクチュエータの電極間の間隔を狭くする方法がある。しかし、静電アクチュエータの電極間の間隔を狭くすると製造時に静電アクチュエータがスティッキングするという課題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、小型化可能で、駆動電力の低電圧化またはスイッチ接点部の接点動作の安定化が可能なスイッチ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】
【０００９】
本発明は、基板にそれぞれの一端が固定された複数のねじりバネと、該複数のねじりバネそれぞれの他方の一端が固定され、静電アクチュエータで揺動する梁部と、該梁部に設けられた第１接点と基板に固定された第２接点とが接続または非接続するスイッチ接点部と、を具備するスイッチである。本発明によれば、静電アクチュエータを用いるため小型化可能となる。また、バネ定数が小さくなるため、静電アクチュエータに印加される電圧が小さくとも、梁部を駆動させることができる。よって、駆動電圧の低電圧化が可能となる。
【００１０】
上記構成において、前記梁部は、複数のサブ梁部と、前記複数のサブ梁部のそれぞれの一端が固定される共通部と、を有し、前記共通部には前記複数のねじりバネが固定され、前記複数のサブ梁部はそれぞれに前記静電アクチュエータおよび前記第１接点と、を有し、前記スイッチ接点部は、前記複数のサブ梁部のそれぞれに設けられた前記第１接点に対応し複数設けられている構成とすることができる。この構成によれば、サブ梁部の個数をＮ個としたとき、ＳＰＮＴスイッチを集積化して作製することができる。
【００１１】
上記構成において、前記複数のサブ梁部は２つのサブ梁部である構成とすることもできる。この構成によれば、ＳＰＤＴスイッチを集積化して作製することができる。
【００１２】
上記構成において、前記共通部を挟み相対する２つの前記サブ梁部の一方のサブ梁部に設けられた前記静電アクチュエータが第１静電アクチュエータであり、他方のサブ梁部に設けられた前記静電アクチュエータが第２静電アクチュエータであり、前記第１静電アクチュエータに第１電圧が印加されるとき前記第２静電アクチュエータには第２電圧が印加され、前記第１静電アクチュエータに第３電圧が印加されるとき前記第２静電アクチュエータには第４電圧が印加され、前記第１電圧は前記第２電圧より大きく、前記第３電圧は前記第４電圧より小さい構成とすることができる。この構成によれば、第１静電アクチュエータに高電圧、第２静電アクチュエータに低電圧が印加されているとき、第１静電アクチュエータに対応するスイッチ接点部は非接続となり、第２静電アクチュエータに対応するスイッチ接点部は接続となる。一方、第１静電アクチュエータに高電圧および第２静電アクチュエータに低電圧が印加されるとき、第１静電アクチュエータに対応するスイッチ接点部は接続となり、第２静電アクチュエータに対応するスイッチ接点部は非接続とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記第１電圧と前記第４電圧とは等しく、前記第２電圧と前記第３電圧とは等しい構成とすることができる。この構成によれば、第１静電アクチュエータおよび第２静電アクチュエータそれぞれに対応するスイッチ接点部を同じ力で接続させることができる。よって、安定動作が可能となる。
【００１４】
上記構成において、前記第１静電アクチュエータに印加される電圧が前記第１電圧から前記第３電圧に変わる時点と前記第２静電アクチュエータに印加される電圧が前記第２電圧から前記第４電圧に変わる時点とは同時であり、前記第１静電アクチュエータに印加される電圧が前記第３電圧から前記第１電圧に変わる時点と前記第２静電アクチュエータに印加される電圧が前記第４電圧から前記第２電圧に変わる時点とは同時である構成とすることができる。この構成によれば、一方の静電アクチュエータの引力と他方の静電アクチュエータの斥力が同時に加わるため、バネ定数が小さなねじりバネ構造のスイッチにおいても、スイッチ接点部が多数回開閉したときに開離不能となる現象を抑制することができる。
【００１５】
上記構成において、前記第１静電アクチュエータには前記第１静電アクチュエータを駆動するための第１駆動信号が印加され、前記第２静電アクチュエータには前記第２静電アクチュエータを駆動するための第２駆動信号が印加され、前記第１駆動信号を反転させ前記第２駆動信号を出力するインバータを具備する構成とすることができる。この構成によれば、インバータを用い、第１駆動信号を反転させ第２駆動信号を発生することにより、簡単な構成で静電アクチュエータの一方に印加される電圧が変わる時点と、他方の静電アクチュエータが変わる時点を同時とすることができる。
【００１６】
上記構成において、前記梁部には２本のＶ字状に設けられた前記ねじりバネが固定されている構成とすることができる。この構成によれば、梁部が水平方向に変位することを抑制することができる。
【００１７】
上記構成において、前記Ｖ字状に設けられた２本のねじりバネ部の間に前記ねじりバネが設けられた構成とすることができる。この構成によれば、梁部の水平方向の変位をより抑えることができる。
【００１８】
上記構成において、前記サブ梁部と前記ねじりバネとは１つ置きに前記共通部に接続される構成とすることができる。この構成によれば、梁部がバランスよくねじりバネに保持される。
【００１９】
上記構成において、前記サブ梁部の少なくとも１つはお互いに電気的に独立な複数の前記スイッチ接点部を有する構成とすることができる。この構成によれば、電気的に独立な複数のスイッチ接点部が同時に接続または非接続するスイッチとして機能することができる。
【００２０】
上記構成において、前記静電アクチュエータの電極に電気的に接続する配線電極が前記ねじりバネ上に設けられた構成とすることができる。この構成によれば、静電アクチュエータの電極に接続するための配線を別途設ける必要がなく、スイッチを小型化することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、小型化可能で、駆動電力の低電圧化またはスイッチ接点部の接点動作の安定化が可能なスイッチを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照に本発明に係る実施例について説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１から図２（ｂ）を用い実施例１に係るスイッチの構成について説明する。図１は実施例１に係るスイッチの上視図である。図２（ａ）、図２（ｂ）および図２（ｃ）はそれぞれ図１のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面図およびＣ−Ｃ断面図である。
【００２４】
図２（ａ）から図２（ｃ）のように、実施例１は、シリコン基板５０、酸化シリコン層５２およびシリコン層５４からなるＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板６０を有している。さらにＳＯＩ基板６０上に金属層５６および金属層５８が積層した構造を有している。シリコン基板５０の厚さは例えば６００μｍ、酸化シリコン層５２、シリコン層５４、金属層５６および５８の膜厚は例えばそれぞれ、４μｍ、１５μｍ、２０μｍおよび２０μｍである。
【００２５】
図１および図２（ｂ）を参照に、２つのねじりバネ１２ａおよび１２ｂはシリコン層５４からなり、一端がＳＯＩ基板６０に固定されている。ここで、ねじりバネはねじれることによりバネ性を発揮するバネである。ねじりバネ１２ａおよび１２ｂの他方の一端は梁部１０内の共通部１１に固定されている。ねじりバネ１２ａ、１２ｂおよび梁部１０の下の酸化シリコン層５２は除去され空隙６６を形成している。図１および図２（ａ）を参照に、梁部１０は、サブ梁部１３ａおよび１３ｂとサブ梁部１３ａおよび１３ｂのそれぞれの一端が固定される共通部１１を有し、シリコン層５４からなる一体の剛体を形成している。ねじりバネ１２ａ、１２ｂおよび梁部１０の下の酸化シリコン層５２は除去され空隙６６が形成されている。梁部１０の周囲はねじりバネ１２ａ、１２ｂを除きシリコン層５４が除去されスリット６２が形成されている。これより梁部１０はねじりバネ１２ａおよび１２ｂにより保持された部分以外はスリット６２および空隙６６で囲まれている。よって梁部１０はねじりバネ１２ａおよび１２ｂにのみ保持されている。サブ梁部１３ａおよび１３ｂは共通部１１の両側に設けられている。
【００２６】
図１、図２（ａ）および図２（ｃ）を参照に、サブ梁部１３ａおよび１３ｂの上面には静電アクチュエータ２０ａおよび２０ｂの下部電極２２ａおよび２２ｂが設けられている。下部電極２２ａおよび２２ｂの上方には金属層５８からなる上部電極２４ａおよび２４ｂが設けられている。下部電極２２ａおよび２２ｂと対応する上部電極２４ａおよび２４ｂによりそれぞれ静電アクチュエータ２０ａおよび２０ｂが構成される。図２（ｃ）を参照に、上部電極２４ａおよび２４ｂはサブ梁部１３ａおよび１３ｂの両側に形成された金属層５６を介しＳＯＩ基板６０に固定され、またパッド４０に電気的に接続される。図１および図２（ｂ）を参照に、下部電極２２ａおよび２２ｂは配線電極１８ａおよび１８ｂによりパッド４０に電気的に接続される。配線電極１８ａおよび１８ｂはそれぞれねじりバネ１２ｂおよび１２ａ上に設けられている。図１および図２（ａ）に戻り、下部電極２２ａおよび２２ｂと上部電極２４ａおよび２４ｂとに印加される電圧により静電アクチュエータ２０ａおよび２０ｂが駆動する。そして、梁部１０は静電アクチュエータ２０ａおよび２０ｂにより上下に揺動する。
【００２７】
図１および図２（ａ）を参照に、サブ梁部１３ａの先端には第１接点３２ａが設けられている。第１接点３２ａの上方には、第２接点３６ａが設けられている。第２接点３６ａは金属層５８および５６からなる上部層３４に設けられている。第２接点３６ａは上部層３４を介しＳＯＩ基板６０に固定され、パッド４０に電気的に接続されている。第１接点３２ａおよび第２接点３６ａはスイッチ接点部３０ａを構成する。第２接点３６ａは同一の第１接点３２ａに対し２箇所設けられている。サブ梁部１３ａが上方に駆動すると、第１接点３２ａと第２接点３６ａとが接続する。すると、一方の上部層３４から第２接点３６ａ、第１接点３２ａ、もう一方の第２接点３６ａおよびもう一方の上部層３４と導通し、スイッチ接点部３０ａは接続となる。一方、第１接点３２ａと第２接点３６ａとが非接続となると、スイッチ接点部３０ａは非接続となる。サブ梁部１３ｂに対応したスイッチ接点部３０ｂも同様である。
【００２８】
次に、実施例１に係るスイッチの製造方法について説明する。図３（ａ）から図３（ｅ）は実施例１に係るスイッチの製造方法を示す図であり、図１のＡ−Ａ断面に相当する断面図である。図３（ａ）を参照に、シリコン基板５０、酸化シリコン層５２およびシリコン層５４からなるＳＯＩ基板６０上に例えばＭｏまたはＡｕ等の金属薄膜を形成する。金属薄膜から露光技術およびエッチング技術を用い第１接点３２ａおよび３２ｂ、下部電極２２ａおよび２２ｂ並びに配線電極１８ａおよび１８ｂを形成する。
【００２９】
図３（ｂ）を参照に、梁部１０およびねじりバネ１２ａ、１２ｂの周辺のシリコン層５４にスリット６２を形成する。スリット６２は露光技術およびエッチング技術を用い形成する。図３（ｃ）を参照に、例えば酸化シリコン膜からなり数ミクロンの膜厚を有する犠牲層６４をプラズマＣＶＤ法を用い形成する。露光技術およびエッチング技術を用い所定領域の犠牲層６４を除去する。
【００３０】
図３（ｄ）を参照に、所定領域にフォトレジストを形成しメッキ法によりＡｕを形成する。これにより、上部層３４および上部電極２４ａおよび２４ｂが形成される。図３（ｅ）を参照に、例えば弗酸系のエッチング液を用い犠牲層６４および酸化シリコン層５２を除去する。これにより、梁部１０の下の酸化シリコン膜５２が除去され空隙６６が形成される。以上により実施例１に係るスイッチが完成する。
【００３１】
なお、図３（ｄ）および図３（ｅ）では、第２接点３６ａおよび３６ｂは上部層３４内に設けられている。このように、第２接点３６ａおよび３６ｂは上部層３４の一部としても良い。図２（ａ）のように、上部層３４の下面に第２接点３６ａおよび３６ｂを設ける場合は、図３（ｃ）において、犠牲層６４に第２接点３６ａおよび３６ｂを形成するための凹部を設ける。その後図３（ｄ）および図３（ｅ）の工程を行う。これにより、上部層３４の下面に第２接点３６ａおよび３６ｂを設けることができる。
【００３２】
実施例１のように、ねじりバネ１２ａおよび１２ｂにより保持された梁部（ねじりバネ構造）と一端が固定された片持ち梁構造のバネ定数を計算し比較した。図４（ａ）および図４（ｂ）はそれぞれ計算に用いたねじりバネ構造および片持ち梁構造の構成を示す図である。図４（ａ）より、ねじりバネに保持された梁部は幅が１００μｍ、厚さが１５μｍのシリコンであり、一端が２つのねじりバネに固定され、他端に荷重が加えられる。ねじりバネは２つ設けられ、それぞれ長さが１００μｍ、幅が１０μｍ、厚さが１５μｍであり、一端が梁部に固定され、他端が固定されている。図４（ｂ）より、片持ち梁は、幅が１００μｍ、厚さが１５μｍのシリコンであり、一端が固定され、他端に荷重が加えられる。
【００３３】
図５は図４（ａ）および図４（ｂ）の梁部の梁の長さに対する各構造のバネ定数を計算した結果である。ねじりバネ構造および片持ちバネ構造とも、梁の長さが長くなるとバネ定数は小さくなる。ねじりバネ構造は片持ち構造に比べばね定数を１桁以上小さくすることができる。
【００３４】
図６から図７（ｂ）を用い、実施例１の動作について説明する。図６は実施例１に係るスイッチを動作させる場合の回路の模式図である。図２（ａ）と同じ部材は同じ符号を付し説明を省略する。図６を参照に、実施例１のスイッチの共通部１１を挟み相対する２つのサブ梁部１３ａおよび１３ｂの一方のサブ梁部１３ｂに設けられた静電アクチュエータ２０ｂ(以下、第２静電アクチュエータともいう)にはシグナルジェネレータ８０より駆動信号Ｖｄ２が入力する。他方のサブ梁部１３ａに設けられた静電アクチュエータ２０ａ(以下第１静電アクチュエータともいう)には、シグナルジェネレータ８０の信号をインバータ８２で反転した駆動信号Ｖｄ１が入力する。駆動信号のハイレベル、ローレベルは例えばＴＴＬレベルとすることができる。
【００３５】
図７（ａ）および図７（ｂ）はそれぞれ第１静電アクチュエータ２０ａに加わる電圧Ｖｄ１および第２静電アクチュエータ２０ｂに加わる電圧Ｖｄ２を示している。Ｖｄ２がインバータを通過しＶｄ１となるため、Ｖｄ１とＶｄ２とは反転した信号である。Ｖｄ１が低電圧およびＶｄ２が高電圧のとき、第１静電アクチュエータ２０ａには斥力、第２静電アクチュエータ２０ｂは引力が加わる。このため、スイッチ接点部３０ａ（以下第１スイッチ接点部ともいう）は非接続（オフ）となり、スイッチ接点部３０ｂ（以下第２スイッチ接点部ともいう）は接続（オン）となる。一方、Ｖｄ１が高電圧およびＶｄ２が低電圧のとき、第１静電アクチュエータ２０ａには引力、第２静電アクチュエータ２０ｂは斥力が加わる。このため、第１スイッチ接点部３０ａは接続（オン）となり、第２スイッチ接点部３０ｂは非接続（オフ）となる。
【００３６】
実施例１に係るスイッチは、ＳＯＩ基板６０に一端が固定され、他端が梁部１０に固定された梁部１０を静電アクチュエータ２０ａ、２０ｂで駆動する。図５のように、ねじりバネ構造を採用することにより、バネ定数が小さくなり、静電アクチュエータ２０ａ、２０ｂに印加される電圧が小さくとも、梁部１０を駆動させることができる。よって、駆動電圧の低電圧化が可能となる。なお、実施例１はサブ梁部１３ａ、１３ｂ、静電アクチュエータ２０ａ、２０ｂおよびスイッチ接点部３０ａ、３０ｂが２つの例であるが、サブ梁部、静電アクチュエータおよびスイッチ接点部はそれぞれ１つ以上であればよい。１つ以上であれば、ねじりバネ構造を採用することにより、バネ定数が小さくなり、駆動電圧の低電圧化が可能となる。
【００３７】
また、実施例１に係るスイッチは、梁部１０は、２つのサブ梁部１３ａおよび１３ｂと、サブ梁部１３ａおよび１３ｂのそれぞれの一端が固定された共通部１１と、を有している。共通部１１は２つのねじりバネ１２ａおよび1２ｂが接続し保持されている。２つのサブ梁部１３ａおよび１３ｂは、それぞれに静電アクチュエータ２０ａおよび２０ｂ並びに第１接点３２ａおよび３２ｂとを有している。さらに、スイッチ接点部３０ａおよび３０ｂは、サブ梁部１３ａおよび１３ｂそれぞれに設けられた第１接点３２ａおよび３２ｂに対応し設けられている。このような構成により、第１スイッチ接点部３０ａが接続すれば第２スイッチ接点部３０ｂが非接続となり、第２スイッチ接点部３０ｂが接続すれば第１スイッチ接点部３０ａが非接続となる。このようにＳＰＤＴスイッチとして機能する。
【００３８】
さらに、図７（ａ）および図７（ｂ）のように、第１静電アクチュエータ２０ａに高電圧（第１電圧）が印加されるとき第２静電アクチュエータ２０ｂには低電圧（第２電圧）が印加され、第１静電アクチュエータ２０ａに低電圧（第３電圧）が印加されるとき第２静電アクチュエータ２０ｂには高電圧（第４電圧）が印加される。これにより、第１静電アクチュエータ２０ａに高電圧、第２静電アクチュエータ２０ｂに低電圧が印加されているとき、第１スイッチ接点部３０ａは非接続（オフ）となり、第２スイッチ接点部３０ｂは接続（オン）となる。一方、第１静電アクチュエータ２０ａに高電圧および第２静電アクチュエータ２０ｂに低電圧が印加されるとき、第１スイッチ接点部３０ａは接続（オン）となり、第２スイッチ接点部３０ｂは非接続（オフ）となる。
【００３９】
第１電圧と第４電圧、第２電圧と第３電圧はそれぞれ異なっていてもよいが、実施例１のように、第１電圧と第４電圧とは等しく、第２電圧と第３電圧とは等しいことが好ましい。第１スイッチ接点部３０ａが接続する場合と第２スイッチ接点部３０ｂが接続する場合とも、同じ力で接続することができるためである。
【００４０】
さらに、図７（ａ）および図７（ｂ）のように、第１静電アクチュエータ２０ａに印加される電圧Ｖｄ１が高電圧（第１電圧）から低電圧（第３電圧）に変わる時点と第２静電アクチュエータに印加される電圧Ｖｄ２が低電圧（第２電圧）から高電圧（第４電圧）に変わる時点とは同時であり、第１静電アクチュエータ２０ａに印加される電圧Ｖｄ１が低電圧（第３電圧）から高電圧（第１電圧）に変わる時点と第２静電アクチュエータ２０ｂに印加される電圧Ｖｄ２が高電圧(第４電圧)から低電圧（第２電圧）に変わる時点とは同時であることが好ましい。Ｖｄ２が高電圧となり第１静電アクチュエータ２０ａには引力が働く瞬間にＶｄ１が低電力となり第２静電アクチュエータには斥力が働く。これより、２つの静電アクチュエータ２０ａおよび２０ｂの力でスイッチ接点部３０ａ、３０ｂを開離させることができる。よって、バネ定数が小さなねじりバネ構造のスイッチにおいても、スイッチ接点部が多数回開閉したときに開離不能となる現象を抑制することができる。
【００４１】
さらに、実施例１のように、第１静電アクチュエータ２０ａには第１静電アクチュエータ２０ａを駆動するための第１駆動信号Ｖｄ１が印加され、第２静電アクチュエータ２０ｂには第２静電アクチュエータ２０ｂを駆動するための第２駆動信号Ｖｄ２が印加されている。そして、第１駆動信号Ｖｄ１を反転させ第２駆動信号Ｖｄ２を出力するインバータ８２が設けられている。このように、インバータ８２を用い、第１駆動信号Ｖｄ１を反転させ第２駆動信号Ｖｄ２を発生することにより、簡単な構成でＶｄ１が高電圧となる瞬間にＶｄ２を低電圧とし、Ｖｄ１が低電圧となる瞬間にＶｄ２を高電圧とすることができる。
【実施例２】
【００４２】
実施例２はサブ梁部を４個設けた例である。図８は実施例２に係るスイッチの斜視図である。梁部１０は、４つのサブ梁部１３と、４つのサブ梁部１３のそれぞれの一端が固定される共通部１１を有している。共通部１１には４つのねじりバネ１２が固定されている。ねじりバネ１２は一端が共通部１１に固定され、他端は固定部４２によりＳＯＩ基板６０に固定されている。固定部４２はシリコン層５４、酸化シリコン層５２からなりシリコン基板５０に固定されている。梁部１０およびねじりバネ１２はシリコン層５４からなり、梁部１０およびねじりバネ１２の下の酸化シリコン層５２は除去され空隙が形成されている。このため、梁部１０は、固定部４２でＳＯＩ基板６０に固定されたねじりバネ１２のみで保持されている。静電アクチュエータ２０およびスイッチ接点部３０の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
【００４３】
実施例２に係るスイッチは、共通部１１を挟み相対する２つのサブ梁部に設けられた２つの静電アクチュエータ２０を実施例１の図６および図７で説明したように動作させる。このとき、動作させている２つの対抗する静電アクチュエータ２０以外の静電アクチュエータ２０には駆動信号を入力しないことが好ましい。これにより実施例２に係るスイッチはＳＰ４Ｔスイッチとして機能する。サブ梁部１３およびスイッチ接点部３０は４個以外であっても良い。例えば、スイッチがサブ梁部１３およびスイッチ接点部３０をそれぞれＮ個（２個以上）有するときＳＰＮＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｎ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）スイッチとして機能する。このように、ＳＰＮＴスイッチを集積化して作製することができる。
【００４４】
また、実施例１および実施例２のように、サブ梁部とねじりバネは１つ置きに共通部１１に固定される構成とすることができる。これにより、梁部１０はバランスよくねじりバネ１２に保持される。
【実施例３】
【００４５】
実施例３は２本のねじりバネがＶ字状に設けられた例である。図９は実施例３に係るスイッチの斜視図である。図９を参照に、梁部１０の共通部１１の両側にはそれぞれ２本のねじりバネ１２ｃの一端が近接して固定されている。ねじりバネ１２ｃの他端はＳＯＩ基板６０に離れて固定されている。このように２本のねじりバネ１２ｃはＶ字状に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり同じ部材は同じ符号を付し説明を省略する。
【実施例４】
【００４６】
実施例４は２本のねじりバネがＶ字状に設けられた例である。図１０は実施例４に係るスイッチの斜視図である。図１０を参照に、梁部１０の共通部１１の両側にはそれぞれ２本のねじりバネ１２ｃが離れて固定されている。２本のねじりバネ１２ｃの他端は近接して基板６０に固定されている。このように、２本のねじりバネ１２ｃはＶ字状に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり同じ部材は同じ符号を付し説明を省略する。
【００４７】
実施例３および実施例４のように、梁部１０には２本のＶ字状に設けられた前記ねじりバネが固定されていることが好ましい。これにより、梁部１０が水平方向に変位することを抑制することができる。また、Ｖ字状のねじりバネ１２ｃは実施例２のように３以上のサブ梁部１３を有するスイッチに用いることもできる。
【実施例５】
【００４８】
実施例５は２本のＶ字状のねじりバネ１２ｃの間に別のねじりバネ１２ｄを設けた例である。図１１は実施例５に係るスイッチの斜視図である。図１１を参照に、梁部１０の共通部１１の両側にはそれぞれ２本のねじりバネ１２ｃの一端が近接して固定されている。さらにＶ字状のねじりバネ１２ｃの間に、一端が共通部１１に固定されたねじりバネ１２ｄが設けられている。ねじりバネ１２ｃ、１２ｄの他端はＳＯＩ基板６０に離れて固定されている。その他の構成は実施例３と同じであり同じ部材は同じ符号を付し説明を省略する。
【００４９】
実施例５のように、Ｖ字状に設けられた２本のねじりバネ１２ｃの間に前記ねじりバネ１２ｄを設けることにより、さらに水平方向の変位を抑えることができる。Ｖ字状の２本のねじりバネ１２ｃは実施例４のように、梁部１０に離れて固定されＳＯＩ基板６０に近接して固定されていても良い。またＶ字状の２本のねじりバネ１２ｃの間に設けるねじりバネ１２ｄは１本に限られない。２以上とすることもできる。ねじりバネ１２ｄの本数が多い方が水平方向の変位はより抑制されるが、バネ定数は大きくなる。ねじりバネ１２ｄの本数は水平方向の変位およびバネ定数を考慮し決めることができる。また、実施例２のようにサブ梁部１３が３個以上の場合に適用することもできる。
【実施例６】
【００５０】
実施例６はサブ梁部にお互いに電気的に独立な複数のスイッチ接点部を有する例である。図１２は実施例６に係るスイッチの斜視図である。図１２を参照に、サブ梁部１３ａおよび１３ｂはＴ字状の形状を有している。サブ梁部１３ａのＴ字状の２つの腕にはそれぞれ２つのスイッチ接点部３０ａが設けられている。２つのスイッチ接点部３０ａは互いに電気的には独立しており、同時に接続または非接続する。サブ梁部１３ｂに設けられた２つのスイッチ接点部３０ｂも同じである。その他の構成は実施例１と同じであり同じ部材は同じ符号を付し説明を省略する。
【００５１】
実施例６に係るスイッチは、電気的に独立な２つのスイッチ接点部３０ａまたは３０ｂが同時に接続または非接続する２連スイッチとして機能することができる。電気的に独立で1つのサブ梁部１３に設けられたスイッチ接点部３０は３以上のＮ個であってもよい。この場合、Ｎ連スイッチとして機能する。また、実施例２のように、３以上のサブ梁部１３を有するＳＰＮＴスイッチに適用することもできる。さらに、少なくとも１つのサブ梁部１３に電気的に独立な２つのスイッチ接点部３０を有していればよい。
【００５２】
実施例１から実施例６のように、梁部１０に設けられた静電アクチュエータ２０の下部電極２１に電気的に接続する配線電極１８をねじりバネ１２上に設けることができる。これにより、下部電極２１に接続する配線電極１８をＳＯＩ基板６０上に引き出すことができる。また、ねじりバネは、実施例１から実施例６に用いた四角柱の形状には限られない、ねじれることでバネ性を発揮するバネであればよい。
【００５３】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は実施例１に係るスイッチの上面図である。
【図２】図２（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｅ）は実施例１に係るスイッチの製造工程を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）はバネ定数を計算したねじりバネ構造および片持ち梁構造を示す図である。
【図５】図５はねじりバネ構造および片持ち梁構造における梁の長さに対するバネ定数を示す図である。
【図６】図６は実施例に係るスイッチの駆動回路を示す図である。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は実施例1に係るスイッチの駆動時のタイミングチャートである。
【図８】図８は実施例２に係るスイッチの斜視図である。
【図９】図９は実施例３に係るスイッチの斜視図である。
【図１０】図１０は実施例４に係るスイッチの斜視図である。
【図１１】図１１は実施例5に係るスイッチの斜視図である。
【図１２】図１２は実施例5に係るスイッチの斜視図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０                  梁部
１１                  共通部
１２、１２ａ、１２ｂ  ねじりバネ
１３、１３ａ、１３ｂ  サブ梁部
１８、１８ａ、１３ｂ  配線電極
２０                  静電アクチュエータ
２０ａ                第１静電アクチュエータ
２０ｂ                第２静電アクチュエータ
２２、２２ａ、２２ｂ  下部電極
２４、２４ａ、２４ｂ  上部電極
３０、３０ａ、３０ｂ  スイッチ接点部
３２、３２ａ、３２ｂ  第１接点
３４、３４ａ、３４ｂ  上部層
３６、３６ａ、３６ｂ  第２接点
４０                  パッド
４２                  固定部
５０                  シリコン基板
５２                  酸化シリコン層
５４                  シリコン層
５６                  金属層
５８                  金属層
６０                  ＳＯＩ基板
６２                  スリット
６６                  空隙
８２                  インバータ
【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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【図１１】
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【図１２】
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