(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子と第２端子とを電気的に接続するスイッチであって、
前記第１端子と、
前記第１端子に対向して設けられた前記第２端子と、
前記第１端子を前記第２端子の方向に駆動する駆動手段と、
前記第１端子を前記第２端子の方向に静電力により誘引する、互いに対向して設けられた第１電極及び第２電極を有する静電結合部と、
前記駆動手段及び前記静電結合部に電力を供給する電力供給手段と、
を備え、
前記駆動手段は、前記電力供給手段により電力が供給されることにより、前記第１端子を前記第２端子の方向に駆動して前記第１端子を前記第２端子に接触させ、
前記電力供給手段は、前記第１端子が前記第２端子に接触すると、前記駆動手段への電力の供給を停止すると共に、前記静電結合部へ電力を供給し、
前記静電結合部は、前記電力供給手段により電力が供給されることにより、静電力により前記第１端子が前記第２端子と接触した状態に保つことを特徴とするスイッチ。
【請求項２】
前記第１の端子に対向して設けられた第３端子をさらに備え、
前記第１端子は、前記第２端子及び前記第３端子に接触することにより、前記第２端子と前記第３端子とを電気的に接続させることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ。
【請求項３】
前記駆動手段は、前記第１端子を保持して前記第２端子の方向に駆動される可動部を有することを特徴とする請求項１に記載のスイッチ。
【請求項４】
前記可動部に設けられ、一端が前記第１端子に接続された配線と、
前記配線の他端に接続された第３端子と
をさらに備え、
前記第１端子は、前記第２端子に接触することにより、前記第２端子と前記第３端子とを電気的に接続させることを特徴とする請求項３に記載のスイッチ。
【請求項５】
前記可動部に設けられ、一端が前記第１端子に接続された配線と、
前記配線の他端に接続された第３端子と、
前記第３端子に対向して設けられた第４端子と
をさらに備え、
前記駆動手段は、前記第３端子を前記第４端子の方向に駆動し、
前記静電結合部は、前記第３端子を前記第４端子の方向に静電力により誘引する、互いに対向する第３電極及び第４電極をさらに有することを特徴とする請求項３に記載のスイッチ。
【請求項６】
前記可動部を支持する支持部をさらに備え、
前記第１端子が前記支持部と前記第１電極との間に設けられたことを特徴とする請求項３に記載のスイッチ。
【請求項７】
前記可動部を支持する支持部をさらに備え、
前記第１電極が前記支持部と前記第１端子との間に設けられたことを特徴とする請求項３に記載のスイッチ。
【請求項８】
２つの前記静電結合部を備え、
前記２つの静電結合部のそれぞれの前記第１電極が、前記可動部の長手方向に垂直な方向に前記第１端子を挟んで設けられたことを特徴とする請求項３に記載のスイッチ。
【請求項９】
前記可動部における前記第１端子が設けられる部位の幅は、他の部位の幅よりも狭いことを特徴とする請求項３に記載のスイッチ。
【請求項１０】
前記可動部は、熱膨張率の異なる複数の部材を有することを特徴とする請求項３に記載のスイッチ。
【請求項１１】
前記可動部は、形状記憶合金を有することを特徴とする請求項３に記載のスイッチ。
【請求項１２】
前記駆動手段は、前記形状記憶合金を加熱するヒータをさらに有することを特徴とする請求項１１に記載のスイッチ。
【請求項１３】
前記第２端子が設けられた基板と、
前記基板に設けられ、前記可動部を支持する支持部と
をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のスイッチ。
【請求項１４】
前記駆動手段は、前記可動部に設けられた第１磁性体と、前記基板に設けられた第２磁性体とをさらに有することを特徴とする特徴とする請求１３に記載のスイッチ。
【請求項１５】
前記駆動手段は、熱膨張率の異なる複数の部材を加熱するヒータを有することを特徴とする請求項１に記載のスイッチ。
【請求項１６】
前記駆動手段は、ピエゾ素子を有することを特徴とする特徴とする請求項１に記載のスイッチ。
【請求項１７】
単一基板上に、第１端子と第２端子とを電気的に接続するスイッチが複数設けられた集積化回路装置であって、
前記スイッチが、
第１端子と、
前記第１端子に対向して設けられた第２端子と、
前記第１端子を前記第２端子の方向に駆動する駆動手段と、
前記第１端子を前記第２端子の方向に静電力により誘引する、互いに対向して設けられた第１電極及び第２電極を有する静電結合部と、
前記駆動手段及び前記静電結合部に電力を供給する電力供給手段と、
を備え、
前記駆動手段は、前記電力供給手段により電力が供給されることにより、前記第１端子を前記第２端子の方向に駆動して前記第１端子を前記第２端子に接触させ、
前記電力供給手段は、前記第１端子が前記第２端子に接触すると、前記駆動手段への電力の供給を停止すると共に、前記静電結合部へ電力を供給し、
前記静電結合部は、前記電力供給手段により電力が供給されることにより、静電力により前記第１端子が前記第２端子と接触した状態に保つことを特徴とする集積化回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチ、集積化回路装置、及びスイッチの製造方法に関する。また本出願は、下記の日本特許出願に関連する。文献の参照による組み込みが認められる指定国については、下記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。
特願２００１−０２１０９２  出願日 平成１３年１月３０日
【０００２】
【従来の技術】
マイクロマシン技術を利用したスイッチに、熱膨張率の異なる複数の金属を貼り合わせたバイメタルが用いられる。バイメタルを用いたスイッチは、バイメタルに熱を加えることによりバイメタルを変形させ、スイッチオンの状態を保つ。このようなマイクロマシンデバイスのスイッチを実用化するためには、スイッチの消費電力を低減するのが重要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、バイメタルを用いたスイッチは、スイッチオンの状態を保つ間中バイメタルに熱を加える手段を有する必要がある。その結果、消費電力が大きくなるという問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできるスイッチ、集積回路装置及びスイッチの製造方法を提供することを目的とする。この目的は請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の第１の形態によると、第１端子と第２端子とを電気的に接続するスイッチであって、第１端子と、第１端子に対向して設けられた第２端子と、第１端子を第２端子の方向に駆動する駆動手段と、第１端子を第２端子の方向に静電力により誘引する、互いに対向して設けられた第１電極及び第２電極を有する静電結合部とを備える。
【０００６】
駆動手段は、電力が供給されることにより、第１端子を第２端子の方向に駆動してもよい。駆動手段及び静電結合部の少なくとも一方に電力を供給する電力供給手段をさらに備えてもよい。
【０００７】
第１の端子に対向して設けられた第３の端子をさらに備え、第１端子は、第２端子及び第３端子に接触することにより、第２端子と第３端子とを電気的に接続させてもよい。駆動手段は、第１端子を保持して第２端子の方向に駆動される可動部を有してもよい。
【０００８】
可動部に設けられ、一端が第１端子に接続された配線と、配線の他端に接続された第３端子とをさらに備え、第１端子は、第１端子は、第２端子に接触することにより、第２端子と第３端子とを電気的に接続させてもよい。
【０００９】
可動部に設けられ、一端が第１端子に接続された配線と、配線の他端に接続された第３端子と、第３端子に対向して設けられた第４端子とをさらに備え、駆動手段は、第３端子を第４端子の方向に駆動し、静電結合部は、第３端子を第４端子の方向に静電力により誘引する、互いに対向する第３電極及び第４電極をさらに有してもよい。
【００１０】
可動部を支持する支持部をさらに備え、第１端子が支持部と第１電極との間に設けられてもよい。可動部を支持する支持部をさらに備え、第１電極が支持部と第１端子との間に設けられてもよい。
【００１１】
２つの静電結合部を備え、２つの静電結合部のそれぞれの第１電極が、可動部の長手方向に垂直な方向に第１端子を挟んで設けられてもよい。可動部における第１端子が設けられる部位の幅は、他の部位の幅よりも狭くてもよい。
【００１２】
可動部は、熱膨張率の異なる複数の部材を有してもよい。可動部は、形状記憶合金を有してもよい。駆動手段は、形状記憶合金を加熱するヒータをさらに有してもよい。第２端子が設けられた基板と、基板に設けられ、可動部を支持する支持部とをさらに備えてもよい。駆動手段は、可動部に設けられた第１磁性体と、基板に設けられた第２磁性体とをさらに有してもよい。駆動手段は、熱膨張率の異なる複数の部材を加熱するヒータを有してもよい。駆動手段は、ピエゾ素子を有してもよい。
【００１３】
本発明の第２の形態によると、第１端子と第２端子とを電気的に接続するスイッチであって、第１端子と、第１端子に対向して設けられた第２端子と、第１端子を第２端子から離れる方向に駆動する駆動手段と、第１端子を第２端子の方向に静電力により誘引する、互いに対向して設けられた第１電極及び第２電極を有する静電結合部とを備える。
【００１４】
本発明の第３の形態によると、単一基板上に、第１端子と第２端子とを電気的に接続するスイッチが複数設けられた集積化回路装置であって、スイッチが、第１端子と、第１端子に対向して設けられた第２端子と、第１端子を第２端子の方向に駆動する駆動手段と、第１端子を第２端子の方向に静電力により誘引する、互いに対向して設けられた第１電極及び第２電極を有する静電結合部とを備える。
【００１５】
本発明の第４の形態によると、第１端子と第２端子とを電気的に接続するスイッチの製造方法であって、第１基板に、第２端子に接触することにより第２端子と電気的に接続する第１端子と、第１端子を保持し、電力の供給により第２端子の方向に駆動される可動部と、可動部に設けられた第１電極とを有するスイッチ部を形成するスイッチ部形成工程と、第２基板に、２端子と、第２電極と、スイッチ部を支持する支持部とを有する支持台を形成する支持台形成工程と、第１端子が第２端子に、第１電極が第２電極にそれぞれ対向するように第１基板と第２基板とを貼り合わせる貼合工程とを備える。
【００１６】
スイッチ部形成工程が、可動部に、熱膨張率の異なる複数の部材を形成する工程を有してもよい。
【００１７】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を説明する。
【００１９】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るスイッチ１０の一例を示す。図１（ａ）は、オフ状態のスイッチ１０の断面図を示す。図１（ｂ）は、オン状態のスイッチ１０の断面図を示す。
【００２０】
スイッチ１０は、第１端子４６と、第１端子４６に対向して設けられた第２端子２６及び第３端子２８と、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８の方向に駆動する駆動手段７０と、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８の方向に静電力により誘引する、互いに対向して設けられた第１電極５０及び第２電極３０を有する静電結合部７２とを備える。駆動手段７０は、第１端子４６を保持して第２端子２６及び第３端子２８の方向に駆動される可動部４２を有する。
【００２１】
また、スイッチ１０は、基板２２と、基板２２上に設けられ、可動部４２を支持する支持部２４と、可動部４２を支持部２４に固定する被支持部４４と、駆動手段７０と静電結合部７２の少なくとも一方に電力を供給する電力供給手段１００と、駆動手段７０及び静電結合部７２を電力供給手段１００に接続する導線部８０及び接続配線９０とをさらに備える。
【００２２】
第２端子２６、第３端子２８、第２電極３０、及び導線部８０は、基板２２に形成される。可動部４２は、第２端子２６及び第３端子２８に対向するように第１端子４６を保持し、また第２電極３０に対向するように第１電極５０を保持する。
【００２３】
可動部４２は、熱膨張率の異なる複数の部材を有するのが好ましい。熱膨張率の異なる複数の部材とは、互いに熱膨張率の異なる複数の金属であってよい。可動部４２は、熱膨張率の異なる複数の部材を層状に有することにより、各々の部材を加熱したときに、各々の部材の熱膨張率の差によって形状が変化する。可動部４２は、第２端子２６及び第３端子２８の方向に駆動されないとき、第１端子４６が第２端子２６及び第３端子２８に接触しないように、第２端子２６及び第３端子２８の方向と反対の方向に反るように設けられてもよい。
【００２４】
駆動手段７０は、電力が供給されることにより、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８の方向に駆動する手段を有するのが望ましい。また、駆動手段７０は、熱伝導率の異なる複数の部材を有する可動部４２を加熱する手段を有するのが望ましい。
【００２５】
本実施形態において、駆動手段７０は、第１構成部材５４と、第２構成部材５６と、第１構成部材５４及び第２構成部材５６を加熱するヒータ５８とを有する。第１構成部材５４は、第２構成部材５６を形成する材料よりも熱膨張率の大きい材料で形成されるのが望ましい。第１構成部材５４は、例えばアルミニウム、ニッケル、ニッケル鉄、パラジウム銅シリコン、樹脂などの比較的熱膨張率の大きい材料により形成されるのが好ましい。第２構成部材は、例えば酸化シリコン、シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの比較的熱膨張率の小さい材料により形成されるのが好ましい。
【００２６】
ヒータ５８は、第１構成部材５４及び第２構成部材５６を加熱する。ヒータ５８は、可動部４２の第１端子４６が設けられる部位と異なる部位に設けられるのが好ましい。ヒータ５８は、電流の供給により発熱する材料により形成されるのが好ましい。また、ヒータ５８は、第２構成部材５６を形成する材料よりも熱膨張率が大きく、第１構成部材５４を形成する材料よりも熱膨張率が小さい材料により形成されるのが好ましい。本実施形態において、ヒータ５８は、ニッケルとクロムとの合金又はクロムと白金とを積層した金属積層膜などの金属抵抗体により形成される。
【００２７】
他の例において、駆動手段７０は、例えば可動部４２外に配置された赤外線照射手段を有してもよい。この場合、駆動手段７０は、当該赤外線照射手段により可動部４２を加熱してもよい。また、他の例において、駆動手段７０は、温度制御可能なチャンバを有してもよい。この場合、駆動手段７０は、チャンバの温度を制御することにより可動部４２を加熱してもよい。
【００２８】
駆動手段７０は、可動部４２の駆動量を制御すべく、第１構成部材５４と第２構成部材５６との間に、第１構成部材５４及び第２構成部材５６を形成する材料と熱膨張率の異なる材料により形成された部材をさらに有してもよい。
【００２９】
第１構成部材５４又は第２構成部材５６が、導電性を有する材料により形成される場合に、可動部４２は、第１構成部材５４及び第２構成部材５６と、ヒータ５８とを絶縁する絶縁部材をさらに有するのが好ましい。当該絶縁部材は、例えば酸化シリコンなどの絶縁材料であってよい。
【００３０】
静電結合部７２は、第１電極５０及び第２電極３０の少なくとも一方の表面に絶縁層を有するのが好ましい。本実施形態において、第１電極５０及び第２電極３０は、第１絶縁層５２及び第２絶縁層３２をそれぞれ有する。第１絶縁層５２及び第２絶縁層３２は、酸化シリコン層などにより形成されてよい。第１電極５０及び第２電極３０は、白金や金などの高い導電率を有する金属により形成されるのが好ましい。また、第１電極５０は、可動部４２との間に例えばチタンなどの密着層を有してもよい。第２電極３０は、基板２２との間に例えばチタンなどの密着層を有してもよい。
【００３１】
支持部２４は、静電結合部７２により第１端子４６が第２端子２６及び第３端子２８の方向に誘引される過程において、第１端子４６が第２端子２６及び第３端子２８に接続するように可動部４２を支持するのが好ましい。支持部２４は、基板２２を加工することにより、基板２２と一体に形成されてもよい。被支持部４４は、可動部４２が形成された基板を加工することにより、可動部４２と一体に形成されてもよい。
【００３２】
本実施形態において、第１端子４６は、支持部２４と第１電極５０との間に設けられるのが好ましい。第１端子４６、第２端子２６及び第３端子２８は、例えば白金や金などの高い導電率を有する金属により形成されるのが好ましい。また、第１端子４６は、可動部４２との間に例えばチタンなどの密着層を有してもよい。第２端子２６及び第３端子２８は、基板２２との間に例えばチタンなどの密着層を有してもよい。これにより、第１端子４６と可動部４２、並びに第２端子２６及び第３端子２８と基板２２との間の密着性を向上することができる。
【００３３】
また、可動部４２の第２構成部材５６が導電性を有する材料により形成される場合に、可動部４２は、第２構成部材５６と第１端子４６とを絶縁する絶縁部材をさらに有するのが好ましい。当該絶縁部材は、例えば酸化シリコンなどの絶縁材料であってよい。
【００３４】
本実施形態において、駆動手段７０は、可動部４２を駆動し、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８に接触させる。そのため、可動部４２は、第２端子２６及び第３端子２８を電気的に接続させることができる。
【００３５】
図２は、図１に示すスイッチ１０の上面図である。図２（ａ）は、基板２２に可動部４２が配置されたスイッチ１０の上面図を示す。図２（ｂ）は、基板２２の上面図を示す。
【００３６】
スイッチ１０は、基板２２と、駆動部７０と、導線部８０と、電力供給手段１００とを備える。導線部８０は、第２電極用導線８２及び第１電極用導線８４と、ヒータ用第１導線８６及びヒータ用第２導線８８とを有する。第２電極用導線８２は、第２電極３０に接続され、第２電極３０に電圧を供給する。第１電極用導線８４は、第１電極５０に接続され、第１電極５０に電圧を供給する。ヒータ用第１導線８６及びヒータ用第２導線８８は、ヒータ５８に接続され、ヒータ５８に電流を供給する。電力供給手段１００は、第１電極用導線８４及び第２電極用導線８２と、ヒータ用第１導線８６及びヒータ用第２導線８８とに供給する電力を制御する。
【００３７】
可動部４２における第１端子４６が設けられる部位の幅は、他の部位の幅よりも狭いのが好ましい。これにより、可動部４２は、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８に容易に接触させることができる。
【００３８】
次に、図１及び図２を参照して、本実施形態におけるスイッチ１０の動作を説明する。図１（ａ）に示すように、支持部２４は、第１端子４６が第２端子２６及び第３端子２８と所定の間隔を保つように可動部４２を支持する。ここで、第２端子２６に信号が供給される。
【００３９】
スイッチ１０のスイッチをオンにするとき、電力供給手段１００は、ヒータ用第１導線８６及びヒータ用第２導線８８を介して駆動手段７０のヒータ５８に電流を供給する。そして、ヒータ５８により第１構成部材５４及び第２構成部材５６が加熱される。第１構成部材５４及び第２構成部材５６は、熱膨張率が異なるので、加熱されることにより第１構成部材５４が第２構成部材５６より膨張する。その結果、図１（ｂ）に示すように、可動部４２が基板２２の方向に駆動される。そして、可動部４２に設けられた第１端子４６が第２端子２６及び第３端子２８に接触することにより、第２端子２６と第３端子２８とが電気的に接続される。そのため、第２端子２６に供給された信号は、第１端子４６を介して第３端子２８に供給される。
【００４０】
電力供給手段１００は、可動部４２が基板２２の方向に駆動され、第１端子４６が第２端子２６及び第３端子２８に接触すると、第１電極用導線８４及び第２電極用導線８２を介して静電結合部７２に電圧を供給する。電力供給手段１００は、可動部４２が基板２２の方向に駆動され、可動部４２の第１電極５０が設けられた部位と基板２２の第２電極３０が設けられた部位とが静電引力が有効に作動する程度に近づいたときに第１電極用導線８４及び第２電極用導線８２を介して静電結合部７２に電圧を供給してもよい。静電結合部７２に電圧を供給することにより、静電結合部７２の第１電極５０と第２電極３０との間に静電力が生じる。静電結合部７２は、第１電極５０と第２電極３０との間に生じた静電力によって可動部４２を基板２２の方向に誘引する。電力供給手段１００は、静電結合部７２へ電圧を供給すると共に、駆動手段７０へ供給していた電流を停止してもよい。
【００４１】
スイッチ１０のスイッチをオフにするとき、電力供給手段１００は、静電結合部７２へ供給していた電圧を停止する。これにより、静電結合部７２の第１電極５０と第２電極３０との間に生じていた静電力は消滅する。そのため、可動部４２は基板２２と反対の方向に移動する。その結果、第１端子４６は第２端子２６及び第３端子２８と離れ、第２端子２６に供給された信号は第３端子２８に供給されなくなる。
【００４２】
以上のように、本実施形態のスイッチ１０は、スイッチをオン状態にする駆動力として熱膨張率の異なる複数の部材と当該部材を加熱するヒータとを用い、静電力を用いてスイッチをオン状態に保つので、スイッチの消費電力を極めて少なくすることができる。
【００４３】
また、本実施形態のスイッチ１０は、スイッチをオン状態にするために駆動手段７０を用いるので、静電力のみを用いてスイッチのオンオフ動作を行うスイッチに比べてスイッチの駆動電圧を低減することができる。さらに、本実施形態のスイッチ１０は、スイッチをオン状態にするために駆動手段７０を用いるので、静電結合部７２の電極面積を小さくすることができ、ひいてはスイッチの小型化、高集積化が可能となる。
【００４４】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態に係るスイッチ１０の一例を示す。図３（ａ）は、オフ状態のスイッチ１０の断面図を示す。図３（ｂ）は、オン状態のスイッチ１０の断面図を示す。
【００４５】
本実施形態において、第１実施形態のスイッチ１０と同様の構成要素は図１及び図２と同様の符号を付す。また、本実施形態においては、第１実施形態と同様の構成及び動作についての説明は一部省略し、特に第１実施形態と異なる構成及び動作について説明する。本実施形態において、第１電極５０は、支持部２４と第１端子４６との間に設けられる。ヒータ５８は、可動部４２の第１端子４６が設けられる部位と異なる部位に設けられるのが好ましい。
【００４６】
図４は、図３に示すスイッチ１０の上面図である。図４（ａ）は、基板２２に可動部４２が配置されたスイッチ１０の上面図を示す。図４（ｂ）は、基板２２の上面図を示す。
【００４７】
可動部４２において第１端子４６が設けられる部位の幅は、他の部位の幅よりも狭いのが好ましい。これにより、可動部４２は、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８に容易に接触させることができる。
【００４８】
図３及び図４に示すように、本実施形態においては、第１電極５０が可動部４２の端に設けられているので、可動部４２において、ヒータ５８を広く設けることができる。そのため、駆動手段７０の駆動力を大きくすることができる。さらに、本実施形態のスイッチ１０は、スイッチをオン状態にするために駆動手段７０を用いるので、静電結合部７２の電極面積を小さくすることができ、ひいてはスイッチの小型化、高集積化が可能となる。
【００４９】
＜第３実施形態＞
図５は、本発明の第３実施形態に係るスイッチ１０の一例を示す。第１実施形態のスイッチ１０と同様の構成要素は図１及び図２と同様の符号を付す。また、本実施形態においては、第１実施形態と同様の構成及び動作についての説明は一部省略し、特に第１実施形態と異なる構成及び動作について説明する。
【００５０】
本実施形態において、スイッチ１０は、２つの静電結合部７２を備える。各静電結合部７２は、それぞれ第１電極５０及び第２電極３０を有する。静電結合部７２は、第１電極５０及び第２電極３０の少なくとも一方の表面に絶縁層を有するのが好ましい。本実施形態において、２つの静電結合部７２のそれぞれの第１電極５０は、可動部４２の長手方向に垂直な方向に第１端子２８を挟んで設けられる。本実施形態において、スイッチ１０は２つの静電結合部７２を有することにより、静電結合部７２の静電力を大きくすることができる。
【００５１】
＜第４実施形態＞
図６は、本発明の第４実施形態に係るスイッチ１０の一例を示す。第１実施形態のスイッチ１０と同様の構成要素は図１及び図２と同様の符号を付す。また、本実施形態においては、第１実施形態と同様の構成及び動作についての説明は一部省略し、特に第１実施形態と異なる構成及び動作について説明する。
【００５２】
本実施形態において、スイッチ１０は、第１端子４６と、第１端子４６に対向して設けられた第２端子２６と、第１端子４６を第２端子２６の方向に駆動する駆動手段７０と、第１端子４６を第２端子２６の方向に静電力により誘引する、互いに対向して設けられた第１電極５０及び第２電極３０を有する静電結合部７２とを備える。駆動手段７０は、第１端子４６を保持して第２端子２６及び第３端子２８の方向に駆動される可動部４２を有する。
【００５３】
また、スイッチ１０は、基板２２と、基板２２上に設けられ、可動部４２を支持する支持部２４と、可動部４２に設けられ、一端が第１端子４６に接続された配線６０と、可動部４２を支持部２４に固定する被支持部４４と、基板２２に設けられ、配線６０の他端に接続された第３端子２８とをさらに備える。さらにスイッチ１０は、駆動手段７０及び静電結合部７２の少なくとも一方に電力を供給する電力供給手段を有するのが望ましい。また、第３端子２８は、配線６０の他端に接合部材４８により接合されるのが望ましい。
【００５４】
第２端子２６、第３端子２８、及び第２電極３０は、基板２２に形成される。可動部４２は、第２端子２６に対向するように第１端子４６を保持し、また第２電極３０に対向するように第１電極５０を保持する。支持部２４は、第２端子２６と第３端子２８との間に設けられるのが好ましい。
【００５５】
接合部材４８は、導電性接着部材であって、半田により形成されるのが好ましい。本実施形態において、接合部材４８は、例えば金と錫の合金、金とゲルマニウムの合金、鉛と錫の合金、インジウムなどを含む半田により形成される。接合部材４８は、例えば銀エポキシ樹脂などの導電性樹脂により形成されてもよい。また、接合部材４８は、金などのバンプを形成することにより設けられてもよい。また、第２構成部材５６が、導電性を有する材料により形成される場合に、第２構成部材５６が配線６０の機能を有してもよい。
【００５６】
次に、本実施形態におけるスイッチ１０の動作を説明する。支持部２４は、第１端子４６が第２端子２６と所定の間隔を保つように可動部４２を支持する。ここで、第２端子２６に信号が供給される。
【００５７】
スイッチ１０のスイッチをオンにするとき、電力供給手段は、駆動手段７０のヒータ５８に電流を供給する。そして、ヒータ５８により第１構成部材５４及び第２構成部材５６が加熱される。第１構成部材５４及び第２構成部材５６は、熱膨張率が異なるので、加熱により第１構成部材５４が第２構成部材５６より膨張する。その結果、可動部４２が基板２２の方向に駆動される。可動部４２に設けられた第１端子４６が第２端子２６に接触することにより、第２端子２６と第３端子２８とが配線６０を介して電気的に接続される。そのため、第２端子２６に供給された信号は、第１端子４６を介して第３端子２８に供給される。
【００５８】
電力供給手段は、可動部４２が基板２２の方向に駆動され、第１端子４６が第２端子２６に接触すると、静電結合部７２に電圧を供給する。電力供給手段は、可動部４２が基板２２の方向に駆動され、可動部４２の第１電極５０が設けられた部位と基板２２の第２電極３０が設けられた部位とが静電引力が有効に作動する程度に近づいたときに静電結合部７２に電圧を供給してもよい。静電結合部７２に電圧を供給することにより、静電結合部７２の第１電極５０と第２電極３０との間に静電力が生じる。静電結合部７２は、第１電極５０と第２電極３０との間に生じた静電力によって可動部４２を基板２２の方向に誘引する。電力供給手段は、静電結合部７２へ電圧を供給すると共に、駆動手段７０へ供給していた電流を停止してもよい。
【００５９】
スイッチ１０のスイッチをオフにするとき、電力供給手段は、静電結合部７２へ供給していた電圧を停止する。これにより、静電結合部７２の第１電極５０と第２電極３０との間に生じていた静電力は消滅する。そのため、可動部４２は基板２２と反対の方向に移動する。その結果、第１端子４６は第２端子２６と離れ、第２端子２６に供給された信号は第３端子２８に供給されなくなる。
【００６０】
以上のように、本実施形態のスイッチ１０は、スイッチをオン状態にする駆動力として熱膨張率の異なる複数の部材と当該部材を加熱するヒータとを用い、静電力を用いてスイッチをオン状態に保つので、スイッチの消費電力を極めて少なくすることができる。
【００６１】
また、本実施形態のスイッチ１０は、スイッチをオン状態にするために駆動手段７０を用いるので、静電力のみを用いてスイッチのオンオフ動作を行うスイッチに比べてスイッチの駆動電圧を低減することができる。さらに、本実施形態のスイッチ１０は、スイッチをオン状態にするために駆動手段７０を用いるので、静電結合部７２の電極面積を小さくすることができ、ひいてはスイッチの小型化、高集積化が可能となる。
【００６２】
＜第５実施形態＞
図７は、本発明の第５実施形態に係るスイッチ１０の一例を示す。第１実施形態のスイッチ１０と同様の構成要素は図１及び図２と同様の符号を付す。また、本実施形態においては、第１実施形態と同様の構成及び動作についての説明は一部省略し、特に第１実施形態と異なる構成及び動作について説明する。
【００６３】
本実施形態において、スイッチ１０は、第１端子４６と、第１端子４６に対向して設けられた第２端子２６と、一端が第１端子４６に接続された配線６０と、配線６０の他端に設けられた第３端子４８と、第３端子４８に対向して設けられた第４端子２８と、第１端子４６を第２端子２６の方向に駆動し、第３端子４８を第４端子２８の方向に駆動する駆動手段７０と、第１端子４６を第２端子２６の方向に静電力により誘引する、互いに対向して設けられた第１電極５０及び第２電極３０を有する静電結合部７２ａと、第３端子４８を第４端子２８の方向に静電力により誘引する、互いに対向して設けられた第３電極７４及び第４電極７６を有する静電結合部７２ｂとを備える。駆動手段７０は、第１端子４６を保持して第２端子２６の方向に駆動される可動部４２ａと、第３端子４８を保持して第４端子２８の方向に駆動される可動部４２ａとを有する。
【００６４】
また、スイッチ１０は、基板２２と、基板２２上に設けられ、可動部４２ａ及び４２ｂを支持する支持部２４と、可動部４２ａ及び４２ｂを支持部２４に固定する被支持部４４とをさらに備える。さらにスイッチ１０は、駆動手段７０と、静電結合部７２ａ及び７２ｂとの少なくとも一方に電力を供給する電力供給手段を有するのが望ましい。本実施形態において、駆動手段７０は、第１構成部材５４と、第２構成部材５６と、第１構成部材５４及び第２構成部材５６を加熱するヒータ５８ａ及び５８ｂとを有する。
【００６５】
また、駆動手段７０は、第１端子４６を第２端子２６の方向に駆動する手段と、第３端子４８を第４端子２８の方向に駆動する手段とをそれぞれ独立に制御するのが好ましい。
【００６６】
第２端子２６、第４端子２８、第２電極３０、及び第４電極７６は、基板２２に形成される。可動部４２ａは、第２端子２６に対向するように第１端子４６を保持し、また第２電極３０に対向するように第１電極５０を保持する。また、可動部４２ｂは、第４端子２８に対向するように第３端子４８を保持し、また第４電極７６に対向するように第３電極７４を保持する。支持部２４は、第１端子４６と第３端子４８との間に設けられ、可動部４２ａ及び４２ｂを支持する。
【００６７】
静電結合部７２ａは、第１電極５０及び第２電極３０の少なくとも一方の表面に絶縁層を有するのが好ましい。静電結合部７２ｂは、第３電極７４及び第４電極７６の少なくとも一方の表面に絶縁層を有するのが好ましい。本実施形態において、第１電極５０及び第２電極３０は、第１絶縁層５２及び第２絶縁層３２をそれぞれ有する。第３電極７４及び第４電極７６は、第３絶縁層７５及び第４絶縁層７７をそれぞれ有する。
【００６８】
次に、本実施形態におけるスイッチ１０の動作を説明する。支持部２４は、第１端子４６が第２端子２６と所定の間隔を保ち、第３端子４８が第４端子２８と所定の間隔を保つように可動部４２ａ及び４２ｂを支持する。ここで、第２端子２６に信号が供給される。
【００６９】
スイッチ１０のスイッチをオンにするとき、電力供給手段は、駆動手段７０のヒータ５８ａ及び５８ｂに電流を供給する。そして、ヒータ５８ａ及び５８ｂにより第１構成部材５４及び第２構成部材５６が加熱される。第１構成部材５４及び第２構成部材５６は、熱膨張率が異なるので、加熱により第１構成部材５４が第２構成部材５６より膨張する。その結果、可動部４２ａ及び４２ｂが基板２２の方向に駆動される。可動部４２ａに設けられた第１端子４６が第２端子２６に接触し、可動部４２ｂに設けられた第３端子４８が第４端子２８に接触することにより、第２端子２６と第４端子２８とが配線６０を介して電気的に接続される。そのため、第２端子２６に供給された信号は、第１端子４６及び第３端子４８を介して第４端子２８に供給される。
【００７０】
電力供給手段は、可動部４２ａ及び４２ｂが基板２２の方向に駆動され、第１端子４６が第２端子２６に接触し、第３端子４８が第４端子２８に接触すると、静電結合部７２ａ及び７２ｂに電圧を供給する。電力供給手段は、可動部４２ａ及び４２ｂが基板２２の方向に駆動され、可動部４２ａの第１電極５０が設けられた部位と基板２２の第２電極３０が設けられた部位とが静電引力が有効に作動する程度に近づき、可動部４２ｂの第３電極７４が設けられた部位と基板２２の第４電極７６が設けられた部位とが静電引力が有効に作動する程度に近づいたときに静電結合部７２ａ及び７２ｂに電圧を供給してもよい。静電結合部７２ａ及び７２ｂに電圧を供給することにより、静電結合部７２ａの第１電極５０と第２電極３０との間、並びに静電結合部７２ｂの第３電極７４と第４電極７６との間に静電力が生じる。静電結合部７２は、第１電極５０と第２電極３０との間、並びに第３電極７４と第４電極７６との間に生じた静電力によって可動部４２ａ及び４２ｂを基板２２の方向に誘引する。電力供給手段は、静電結合部７２ａ及び７２ｂへ電圧を供給すると共に、駆動手段７０へ供給していた電流を停止してもよい。
【００７１】
スイッチ１０のスイッチをオフにするとき、電力供給手段は、静電結合部７２へ供給していた電圧を停止する。これにより、静電結合部７２の第１電極５０と第２電極３０との間、並びに第３電極７４と第４電極７６との間に生じていた静電力は消滅する。そのため、可動部４２ａ及び４２ｂは基板２２と反対の方向に移動する。その結果、第１端子４６は第２端子２６と離れ、第３端子４８は第４端子２８と離れるので、第２端子２６に供給された信号は第４端子２８に供給されなくなる。
【００７２】
以上のように、本実施形態のスイッチ１０は、スイッチをオン状態にする駆動力として熱膨張率の異なる複数の部材と当該部材を加熱するヒータとを用い、静電力を用いてスイッチをオン状態に保つので、スイッチの消費電力を極めて少なくすることができる。
【００７３】
また、本実施形態のスイッチ１０は、スイッチをオン状態にするために駆動手段７０を用いるので、静電力のみを用いてスイッチのオンオフ動作を行うスイッチに比べてスイッチの駆動電圧を低減することができる。さらに、本実施形態のスイッチ１０は、スイッチをオン状態にするために駆動手段７０を用いるので、静電結合部７２の電極面積を小さくすることができ、ひいてはスイッチの小型化、高集積化が可能となる。
【００７４】
＜第６実施形態＞
図８は、本発明の第６実施形態に係るスイッチ１０の一例を示す。第１実施形態のスイッチ１０と同様の構成要素は図１及び図２と同様の符号を付す。また、本実施形態においては、第１実施形態と同様の構成及び動作についての説明は一部省略し、特に第１実施形態と異なる構成及び動作について説明する。
【００７５】
本実施形態において、スイッチ１０は、可動部４２の両端が固定された両持ち梁構造を有してもよい。さらに、スイッチ１０は、可動部４２の３端以上が固定された構造を有してもよい。この場合、スイッチ１０は、その構造に応じて複数のヒータ５８を含む駆動手段７０及び複数の静電結合部７２の組み合わせを有するのが好ましい。
【００７６】
＜第７実施形態＞
図９は、本発明の第７実施形態に係るスイッチ１０の一例を示す。第１実施形態のスイッチ１０と同様の構成要素は図１及び図２と同様の符号を付す。また、本実施形態においては、第１実施形態と同様の構成及び動作についての説明は一部省略し、特に第１実施形態と異なる構成及び動作について説明する。
【００７７】
図９に示したスイッチ１０の駆動手段７０は、ピエゾ素子を有する。ピエゾ素子は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電素子であるのが好ましい。本実施形態において、スイッチ１０は、第１端子４６と、第１端子４６に対向して設けられた第２端子２６及び第３端子２８と、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８の方向に駆動する駆動手段７０と、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８の方向に静電力により誘引する、互いに対向して設けられた第１電極５０及び第２電極３０を有する静電結合部７２とを備える。
【００７８】
また、スイッチ１０は、基板２２と、基板２２上に設けられ、駆動手段７０を支持する支持部２４と、可動部４２を支持部２４に固定する被支持部４４とをさらに備える。駆動手段７０は、ピエゾ素子を有する。
【００７９】
＜第８実施形態＞
図１０は、本発明の第８実施形態に係るスイッチ１０の一例を示す。第１実施形態のスイッチ１０と同様の構成要素は図１及び図２と同様の符号を付す。また、本実施形態においては、第１実施形態と同様の構成及び動作についての説明は一部省略し、特に第１実施形態と異なる構成及び動作について説明する。
【００８０】
図１０に示したスイッチ１０の駆動手段７０は、温度に応じて形状を変化させる形状記憶合金を有する。本実施形態において、スイッチ１０は、第１端子４６と、第１端子４６に対向する第２端子２６及び第３端子２８と、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８の方向に駆動する駆動手段７０と、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８の方向に静電力により誘引する、互いに対向して設けられた第１電極５０及び第２電極３０を有する静電結合部７２とを備える。駆動手段７０は、第１端子４６を保持して第２端子２６及び第３端子２８の方向に駆動される可動部４２を有する。
【００８１】
また、スイッチ１０は、基板２２と、基板２２上に設けられ、可動部４２を支持する支持部２４と、可動部４２を支持部２４に固定する被支持部４４とをさらに備える。本実施形態において、駆動手段７０は、可動部４２が有する形状記憶合金を加熱するヒータ５８をさらに有する。可動部４２が有する形状記憶合金は、例えばチタンとニッケルの合金などを含む。
【００８２】
＜第９実施形態＞
図１１は、本発明の第９実施形態に係るスイッチ１０の一例を示す。第１実施形態のスイッチ１０と同様の構成要素は図１及び図２と同様の符号を付す。また、本実施形態においては、第１実施形態と同様の構成及び動作についての説明は一部省略し、特に第１実施形態と異なる構成及び動作について説明する。
【００８３】
図１１に示したスイッチ１０の駆動手段７０は、磁性体を有する。本実施形態において、スイッチ１０は、第１端子４６と、第１端子４６に対向する第２端子２６及び第３端子２８と、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８の方向に駆動する駆動手段７０と、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８の方向に静電力により誘引する、互いに対向して設けられた第１電極５０及び第２電極３０を有する静電結合部７２とを備える。駆動手段７０は、第１端子４６を保持して第２端子２６及び第３端子２８の方向に駆動される可動部４２を有する。
【００８４】
また、スイッチ１０は、基板２２と、基板２２上に設けられ、可動部４２を支持する支持部２４と、可動部４２を支持部２４に固定する被支持部４４とをさらに備える。本実施形態において、駆動手段７０は、可動部４２に設けられた第１磁性体３０２と基板２２に設けられた第２磁性体３０４とを有する磁石部５９を含む。第１磁性体３０２は、永久磁石であってよい。第２磁性体３０４は、コイルを有してよい。
【００８５】
＜第１０実施形態＞
図１２及び図１３は、本発明の第１０実施形態に係るスイッチ１０の製造方法の途中工程の一例を示す。図１０を参照して、第１実施形態に係るスイッチ１０の製造方法の一例を説明するが、同様の製造方法により他の実施形態のスイッチ１０が製造されることは明らかである。第１実施形態のスイッチ１０と同様の構成要素は図１及び図２と同様の符号を付す。
【００８６】
まず、第１基板２００に、第１端子４６と、第１端子４６を保持させ、電力の供給により第２端子２６及び第３端子２８の方向に駆動される可動部４２と、可動部４２に設けられた第１電極５０とを有するスイッチ部を形成する。また、第２基板２２に、第２端子２６と、第３端子２８と、第２電極３０と、スイッチ部を支持する支持部２４とを有する支持台を形成する。最後に、第１端子４６が第２端子２６及び第３端子２８に、第１電極５０が第２電極３０にそれぞれ対向するように第１基板２００と第２基板２２とを貼り合わせてスイッチ１０を製造する。
【００８７】
図１２を参照して、スイッチ部を形成する工程を説明する。図１２（ａ）に示すように、まず第１基板２００を用意する。第１基板２００は、単結晶基板であるのが好ましい。本実施形態において、第１基板２００は、単結晶シリコン基板である。次に、第１基板２００を熱酸化して第１基板２００にシリコン酸化膜２０２を形成する。シリコン酸化膜２０２は、第１基板２００の両面に形成されてもよい。
【００８８】
続いて、図１２（ｂ）に示すように、第１構成部材５４を形成する。第１構成部材５４は、熱膨張率の大きい材料により形成されるのが好ましい。具体的には、第２構成部材５６より熱膨張率の大きい材料により形成されるのが望ましい。
【００８９】
本実施形態において、第１構成部材５４は、次の工程により形成される。まず、第１構成部材５４を形成する材料である、アルミニウム、ニッケル、ニッケル鉄合金などの大きな熱膨張率を有する材料を、スパッタリング法などにより堆積する。続いて、堆積された材料にフォトレジストを塗布し、露光と現像により、パターンを形成する。続いて、パターンが形成されたフォトレジストをマスクとして、ウェットエッチングあるいはドライエッチングなどを用いて、露出している堆積された当該材料を除去する。さらに、フォトレジストを除去することにより、当該パターンが形成された領域である所望の領域だけに、第１構成部材５４が形成される。
【００９０】
他の例において、第１構成部材５４は、次の工程により形成されてもよい。まず、フォトレジストを塗布し、第１構成部材５４を形成する領域に開口部を有するパターンを、露光と現像により形成する。次に、例えばアルミニウム、ニッケル、ニッケルと鉄との合金などの大きな熱膨張率を有する材料を、蒸着法あるいはスパッタリング法を用いて堆積させる。そして、フォトレジストを除去することにより、フォトレジスト上に堆積された材料だけを除去する工程であるリフトオフを行い、所望の領域だけに第１構成部材５４を形成する。
【００９１】
次に、第２構成部材５６（図１参照）に含まれる部材５６ａを形成する。部材５６ａは、熱膨張率の小さい材料で形成されるのが好ましい。部材５６ａは、具体的には、第１構成部材５４を形成する材料より熱膨張率が小さく、後述する第２構成部材５６に含まれる部材５６ｂを形成する材料より熱膨張率が大きい材料により形成されるのが好ましい。部材５６ａは、部材５６ｂと略同じ熱膨張率を有する材料により形成されてもよい。
【００９２】
本実施形態において、部材５６ａは、酸化シリコン、シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの絶縁性を有する材料を、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法を用いて堆積させる。
【００９３】
続いて、図１２（ｃ）に示すように、第１構成部材５４および第２構成部材５６を加熱するヒータ５８を形成する。ヒータ５８は、電流を供給することにより発熱する材料により形成されるのが好ましい。また、ヒータ５８は、部材５６ｂを形成する材料熱膨張率が大きく、第１構成部材５４を形成する材料よりも熱膨張率が小さい材料により形成されるのが好ましい。
【００９４】
本実施形態において、ヒータ５８は、フォトレジストと、蒸着法あるいはスパッタリング法によるリフトオフを用いて、ニッケルとクロムとの合金や、クロムと白金とを積層した金属積層膜などの金属抵抗体により形成される。ヒータ５８を形成する材料は、貼り合せ工程において、支持部２４との貼り合せ面となる、第１基板２００上の領域の一部にも形成されるのが好ましい。
【００９５】
次に、図１２（ｄ）に示すように、第２構成部材５６に含まれる部材５６ｂを形成する。部材５６ｂは、熱膨張率の小さい材料で形成されるのが好ましい。具体的には、第１構成部材５４を形成する材料より、熱膨張率の小さい材料で形成されるのが好ましい。本実施形態において、部材５６ｂは、酸化シリコン、シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの絶縁性を有する材料を、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法を用いて堆積させる。
【００９６】
続いて、シリコン酸化膜２０２，部材５６ａ及び部材５６ｂの一部を除去することにより、第１基板２００の一部を露出させる。このとき、部材５６ｂは、貼り合せ工程において、支持部２４との貼り合せ面となる、第１基板２００上の領域の一部において、ヒータ５８が露出するコンタクト孔を有するように形成されるのが好ましい。
【００９７】
本実施形態においては、まず、フォトレジストを塗布し、露光と現像により、所望のパターンを形成する。次に、弗化水素酸水溶液を用いて、シリコン酸化膜により形成されるシリコン酸化膜２０２、部材５６ａ及び／又は部材５６ｂを除去することにより、第１基板２００を露出させ、さらにコンタクト孔を形成する。
【００９８】
次に、図１２（ｅ）に示すように、第１電極５０と、第１端子４６に含まれる導電部材４６ａと、ヒータ５８に接続する接続部材２０４とを形成する。第１電極５０、第１端子４６に含まれる導電部材４６ａ及び接続部材２０４は、高い導電率を有する金属で形成されるのが好ましい。本実施形態において、第１電極５０、第１端子４６に含まれる導電部材４６ａ及び接続部材２０４は、フォトレジストと金属蒸着によるリフトオフ法を用いて、白金や金などにより形成される。また、第１電極５０、第１端子４６に含まれる導電部材４６ａ及び接続部材２０４と、部材５６ｂとの間に、第１電極５０、第１端子４６に含まれる導電部材４６ａ及び接続部材２０４と部材５６ｂとの密着性を向上させるために、例えばチタンやクロム、あるいはチタンと白金の積層膜などを密着層として設けてもよい。
【００９９】
続いて、第１絶縁層５２を形成する。本実施形態において、第１絶縁層５２は、酸化シリコン、シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの絶縁性を有する材料を、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法を用いて堆積させる。このとき、導電部材４６ａと接続部材２０４の上にも絶縁層２０６が形成されてよい。絶縁層２０６は、導電部材４６ａと接続部材２０４の一部が露出するように形成されるのが好ましい。
【０１００】
次に、図１２（ｆ）に示すように、第１端子４６に含まれる導電部材４６ｂと、接続部材２０４に接続される部材２０８を形成する。導電部材４６ｂ及び部材２０８は、例えば白金や金などの高い導電率を有する金属により形成されるのが好ましい。
【０１０１】
次に、図１２（ｇ）に示すように、第１基板２００の一部を除去して被支持部４４を形成する。被支持部４４は、第１基板２００を、フォトレジストなどを用いて、被支持部４４に対応するパターンを形成し、弗化水素酸水溶液などを用いたウェットエッチング又はドライエッチングにより除去される。
【０１０２】
さらに、第１基板２００の第１端子４６などが形成された面の裏面を削って基板２００を薄くしてもよい。
【０１０３】
続いて、図１３（ｂ）に示すように、第２電極３０と、第２端子２６に含まれる導電部材２６ａと、第３端子２８に含まれる導電部材２８ａと、導線部８０に含まれる導電部材８０ａとを形成する。第２電極３０、導電部材２６ａ、導電部材２８ａ、及び導線部８０は、高い導電率を有する金属で形成されるのが好ましい。本実施形態において、第２電極３０、導電部材２６ａ、導電部材２８ａ、及び導電部材８０ａは、フォトレジストと金属蒸着によるリフトオフ法を用いて、白金や金などにより形成される。また、第２基板２２と、第２電極３０、導電部材２６ａ、導電部材２８ａ、及び導電部材８０ａとの間に、第２基板２２と、第２電極３０、導電部材２６ａ、導電部材２８ａ及び導電部材８０ａとの密着性を向上させるために、例えばチタンやクロム、あるいはチタンと白金の積層膜などを密着層として設けてもよい。
【０１０４】
次に、図１３（ｃ）に示すように、第２絶縁層３２を形成する。本実施形態において、第２絶縁層３２は、酸化シリコン、シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの絶縁性を有する材料を、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法を用いて堆積させる。
【０１０５】
次に、図１３（ｄ）に示すように、第２端子２６に含まれる導電部材２６ｂと、第３端子２８に含まれる導電部材２８ｂと、導線部８０に含まれる導電部材８０ｂとを形成する。導電部材４６ｂ及び部材２０８は、例えば白金や金などの高い導電率を有する金属により形成されるのが好ましい。
【０１０６】
その後、第１端子４６が第２端子２６及び第３端子２８に、第１電極５０が第２電極３０にそれぞれ対向するように図１０に示した第１基板２００と第２基板２２とを貼り合わせる。
【０１０７】
本実施形態において、第１基板１００上に複数のスイッチ部が形成され、第２基板上に複数の支持台が形成されるのが好ましい。この場合、第１基板２００と第２基板２２とを貼り合わせた後に、第１基板１００および第２基板２２を切削して個々のスイッチ１０を製造するのが好ましい。
【０１０８】
以上のように、本実施形態に係るスイッチは、駆動手段７０を用いてスイッチをオン状態した後に、静電力を用いてスイッチをオン状態に保つので、スイッチの消費電力を極めて少なくすることができる。
【０１０９】
＜第１１実施形態＞
図１４は、本発明の第１１実施形態に係る集積化スイッチ４００を示す。第１実施形態のスイッチ１０と同様の構成要素は図１及び図２と同様の符号を付す。また、本実施形態においては、第１実施形態と同様の構成及び動作についての説明は一部省略し、特に第１実施形態と異なる構成及び動作について説明する。
【０１１０】
集積化スイッチ４００は、単一基板２２と、基板２２上に設けられた複数のスイッチ１０とを有する。それぞれのスイッチ１０は、第１端子４６と、第１端子４６に対向して設けられた第２端子２６及び第３端子２８と、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８の方向に駆動する駆動手段７０と、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８の方向に静電力により誘引する、互いに対向する第１電極５０及び第２電極を有する静電結合部７２とを備える。
【０１１１】
本実施形態において、第１０実施形態の図１２及び図１３を用いて説明したのと同様の工程で、第１基板２００に、複数のスイッチ部を形成してもよい。さらに、同様に、第２基板２２に、複数の支持台を形成してもよい。次に、第１端子４６が第２端子２６及び第３端子２８に、第１電極５０が第２電極にそれぞれ対向するように第１基板２００と第２基板２２とを貼り合わせてスイッチ１０を製造する。本実施形態において、第１基板１００および第２基板２２を、切削された基板が、複数のスイッチ１０を含むように切削してもよい。
【０１１２】
このとき、複数のスイッチに設けられた複数の導体部を、例えばワイヤボンディングなどを用いて接続することにより、集積化回路装置を形成してもよい。また、複数のスイッチが、導体部を共有するように、基板に当該導体部を形成することにより、集積化回路装置を形成してもよい。さらに、単一基板上に、トランジスタ、抵抗器、コンデンサなどの素子と、少なくとも１つ以上の当該スイッチを設け、所望の回路を形成することにより、集積化回路装置を形成してもよい。
【０１１３】
本実施形態において、図１４に示すように、一のスイッチ１０の第２端子２６と他のスイッチ１０の第２端子２６とは、導体部により接続される。これにより、複数のスイッチ１０を集積化することができる。
【０１１４】
図１５は、図１４に示す集積化スイッチ４００をパッケージ化した集積化回路装置の斜視図を示す。集積化回路装置４１０は、図１４に示した集積化スイッチ４００と、プリント基板４１２と、プリント基板４１２上に形成されたプリント配線４１４と、プリント基板４１２上に配置された樹脂基板４１８と、集積化スイッチ上に配置されたガラス基板４２０とを有する。集積化回路装置４１０は、集積化スイッチ４００の第１端子４６、第２端子２６及び第３端子２８とプリント配線４１４とをそれぞれ接続するリード線４１６をさらに有する。
【０１１５】
また、本実施形態のスイッチは、スイッチをオン状態にするために駆動手段７０を用いるので、静電力のみを用いてスイッチのオンオフ動作を行うスイッチに比べてスイッチの駆動電圧を低減することができる。さらに、本実施形態のスイッチは、スイッチをオン状態にするために駆動手段７０を用いるので、静電結合部７２の電極面積を小さくすることができ、ひいてはスイッチの小型化、高集積化が可能となる。
【０１１６】
＜第１２実施形態＞
図１６は、本発明の第１２実施形態に係るスイッチ１０の一例を示す。第１実施形態から第１１実施形態においては、駆動手段７０が、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８の方向に駆動するときにスイッチがオフの状態であるノーマリーオフ型のスイッチについて説明したが、駆動手段７０が、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８から離れる方向に駆動するときにスイッチがオフの状態であるノーマリーオン型のスイッチであってもよい。本実施形態において、代表して第１実施形態のスイッチ１０と同様の構成を有するノーマリーオン型のスイッチについて説明する。
【０１１７】
図１６（ａ）は、オン状態のスイッチ１０の断面図を示す。図１６（ｂ）は、オフ状態のスイッチ１０の断面図を示す。第１実施形態のスイッチ１０と同様の構成要素は図１及び図２と同様の符号を付す。また、本実施形態においては、第１実施形態と同様の構成及び動作についての説明は一部省略し、特に第１実施形態と異なる構成及び動作について説明する。
【０１１８】
スイッチ１０は、第１端子４６と、第１端子４６に対向して設けられた第２端子２６及び第３端子２８と、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８から離れる方向に駆動する駆動手段７０と、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８の方向に静電力により誘引する、互いに対向して設けられた第１電極５０及び第２電極３０を有する静電結合部７２とを備える。駆動手段７０は、第１端子４６を保持して第２端子２６及び第３端子２８から離れる方向に駆動される可動部４２を有する。
【０１１９】
本実施形態において、駆動手段７０は、第１構成部材５４と、第２構成部材５６と、第１構成部材５４及び第２構成部材５６を加熱するヒータ５８とを有する。第１構成部材５４は、第２構成部材５６を形成する材料よりも熱膨張率の小さい材料で形成されるのが望ましい。第１構成部材５４は、例えば酸化シリコン、シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの比較的熱膨張率の小さい材料により形成されるのが好ましい。第２構成部材は、例えばアルミニウム、ニッケル、ニッケル鉄、パラジウム銅シリコン、樹脂などの比較的熱膨張率の大きい材料により形成されるのが好ましい。
【０１２０】
本実施形態におけるスイッチ１０の動作を説明する。図１６（ａ）に示すように、支持部２４は、第１端子４６が第２端子２６及び第３端子２８と接触するように可動部４２を支持する。そのため、第２端子２６と第３端子２８とが電気的に接続されるため、第２端子２６に供給された信号は、第１端子４６を介して第３端子２８に供給される。ここで、電力供給手段１００は、静電結合部７２に電圧を供給することにより、第１端子４６と、第２端子２６及び第３端子２８との接触力が上がる。そのため、第１端子４６と、第２端子２６及び第３端子２８との接触抵抗を高くしたり低くしたり制御することができる。また、第１端子４６と第２端子２６、及び第１端子４６と第３端子２８とが均一に接触することができる。
【０１２１】
スイッチ１０のスイッチをオフにするとき、電力供給手段１００は、静電結合部７２へ供給していた電圧を停止する。これにより、静電結合部７２の第１電極５０と第２電極３０との間に生じていた静電力は消滅する。また、電力供給手段１００は、駆動手段７０のヒータ５８に電流を供給する。そして、ヒータ５８により第１構成部材５４及び第２構成部材５６が加熱される。第１構成部材５４及び第２構成部材５６は、熱膨張率が異なるので、加熱されることにより第２構成部材５６が第１構成部材５４より膨張する。その結果、図１６（ｂ）に示すように、可動部４２が基板２２から離れる方向に駆動される。その結果、第１端子４６は第２端子２６及び第３端子２８と離れ、第２端子２６に供給された信号は第３端子２８に供給されなくなる。
【０１２２】
スイッチ１０のスイッチをオンにするとき、電力供給手段１００は、駆動手段ヒータ５８に供給していた電流を停止する。これにより、加熱されることにより膨張していた第１構成部材５４及び第２構成部材５６は、加熱前の大きさに伸縮する。その結果、第１端子４６が第２端子２６及び第３端子２８と接触し、第２端子２６に供給された信号は、第１端子４６を介して第３端子２８に供給される。
【０１２３】
図１７は、本発明の第１３実施形態に係るスイッチ１０の一例を示す。本実施形態に係るスイッチ１０は、ノーマリーオン型のスイッチである。図１７（ａ）は、オン状態のスイッチ１０の断面図を示す。図１７（ｂ）は、オフ状態のスイッチ１０の断面図を示す。第１実施形態のスイッチ１０と同様の構成要素は図１及び図２と同様の符号を付す。また、本実施形態においては、第１実施形態と同様の構成及び動作についての説明は一部省略し、特に第１実施形態と異なる構成及び動作について説明する。
【０１２４】
スイッチ１０は、第１端子４６と、第１端子４６に対向して設けられた第２端子２６及び第３端子２８と、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８から離れる方向に駆動する駆動手段７０と、第１端子４６を第２端子２６及び第３端子２８から離れる方向に静電力により誘引する、互いに対向して設けられた第１電極５０及び第２電極３０を有する静電結合部７２とを備える。駆動手段７０は、第１端子４６を保持して第２端子２６及び第３端子２８から離れる方向に駆動される可動部４２を有する。
【０１２５】
また、スイッチ１０は、基板２２と、基板２２上に設けられ、可動部４２を支持する支持部２４と、可動部４２を支持部２４に固定する被支持部４４と、駆動手段７０と静電結合部７２の少なくとも一方に電力を供給する電力供給手段１００と、駆動手段７０及び静電結合部７２を電力供給手段１００に接続する導線部８０及び接続配線９０と、被保持部４４に保持される基板２３とをさらに備える。
【０１２６】
基板２３は、可動部４２を挟んで、基板２２に対向するように設けられる。基板２３と基板２２とは、略平行に設けられることが好ましい。また、第２端子２６、第３端子２８、及び導線部８０は、基板２２に形成される。第２電極３０は、基板２３に形成される。可動部４２は、第２端子２６及び第３端子２８に対向するように第１端子４６を保持し、また第２電極３０に対向するように第１電極５０を保持する。つまり、可動部４２は、第２端子２６及び第３端子２８を保持する面と反対の面に、第１電極５０を保持する。さらに、可動部４２は、第１電極５０と支持部２４との間の反対の面に、第１端子４６を保持することが好ましい。また、可動部４２は、一端が支持部２４に固定され、他端に第１電極を保持することが好ましい。
【０１２７】
本実施形態において、駆動手段７０は、第１構成部材５４と、第２構成部材５６と、第１構成部材５４及び第２構成部材５６を加熱するヒータ５８とを有する。第１構成部材５４は、第２構成部材５６を形成する材料よりも熱膨張率の小さい材料で形成されるのが望ましい。第１構成部材５４は、例えば酸化シリコン、シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの比較的熱膨張率の小さい材料により形成されるのが好ましい。第２構成部材は、例えばアルミニウム、ニッケル、ニッケル鉄、パラジウム銅シリコン、樹脂などの比較的熱膨張率の大きい材料により形成されるのが好ましい。
【０１２８】
本実施形態におけるスイッチ１０の動作を説明する。図１７（ａ）に示すように、支持部２４は、第１端子４６が第２端子２６及び第３端子２８と接触するように可動部４２を支持する。そのため、第２端子２６と第３端子２８とが電気的に接続されるため、第２端子２６に供給された信号は、第１端子４６を介して第３端子２８に供給される。
【０１２９】
スイッチ１０のスイッチをオフにするとき、電力供給手段１００は、駆動手段７０のヒータ５８に電流を供給する。そして、ヒータ５８により第１構成部材５４及び第２構成部材５６が加熱される。第１構成部材５４及び第２構成部材５６は、熱膨張率が異なるので、加熱されることにより第２構成部材５６が第１構成部材５４より膨張する。その結果、図１７（ｂ）に示すように、可動部４２が基板２２から離れる方向に駆動される。その結果、第１端子４６は第２端子２６及び第３端子２８と離れ、第２端子２６に供給された信号は第３端子２８に供給されなくなる。
【０１３０】
電力供給手段１００は、可動部４２が基板２３の方向に駆動され、第１端子４６が第２端子２６及び第３端子２８から離れると、静電結合部７２に電圧を供給する。電力供給手段１００は、可動部４２が基板２３の方向に駆動され、可動部４２の第１電極５０が設けられた部位と基板２３の第２電極３０が設けられた部位とが静電引力が有効に作動する程度に近づいたときに静電結合部７２に電圧を供給してもよい。静電結合部７２に電圧を供給することにより、静電結合部７２の第１電極５０と第２電極３０との間に静電力が生じる。静電結合部７２は、第１電極５０と第２電極３０との間に生じた静電力によって可動部４２を基板２３の方向に誘引する。電力供給手段１００は、静電結合部７２へ電圧を供給すると共に、駆動手段７０へ供給していた電流を停止してもよい。
【０１３１】
スイッチ１０のスイッチをオンにするとき、電力供給手段１００は、静電結合部７２へ供給していた電圧を停止する。これにより、静電結合部７２の第１電極５０と第２電極３０との間に生じていた静電力は消滅する。そのため、可動部４２は基板２３と反対の方向に移動する。その結果、第１端子４６は第２端子２６及び第３端子２８と接触し、第２端子２６に供給された信号は第３端子２８に供給される。
【０１３２】
以上のように、本実施形態のスイッチ１０は、スイッチをオフ状態にする駆動力として熱膨張率の異なる複数の部材と当該部材を加熱するヒータとを用い、静電力を用いてスイッチをオフ状態に保つので、スイッチの消費電力を極めて少なくすることができる。
【０１３３】
また、本実施形態のスイッチ１０は、スイッチをオフ状態にするために駆動手段７０を用いるので、静電力のみを用いてスイッチのオンオフ動作を行うスイッチに比べてスイッチの駆動電圧を低減することができる。さらに、本実施形態のスイッチ１０は、スイッチをオフ状態にするために駆動手段７０を用いるので、静電結合部７２の電極面積を小さくすることができ、ひいてはスイッチの小型化、高集積化が可能となる。
【０１３４】
以上発明の実施の形態を説明したが、本出願に係る発明の技術的範囲は上記の実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態に種々の変更を加えて、請求の範囲に記載の発明を実施することができる。そのような発明が本出願に係る発明の技術的範囲に属することもまた、請求の範囲の記載から明らかである。
【０１３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によればスイッチのオン又はオフ状態を保つために必要な消費電力を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスイッチの断面図である。
【図２】図１に示すスイッチの上面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るスイッチの示す断面図である。
【図４】図３に示すスイッチの上面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るスイッチの上面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係るスイッチの断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係るスイッチの断面図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係るスイッチの断面図である。
【図９】本発明の第７実施形態に係るスイッチの断面図である。
【図１０】本発明の第８実施形態に係るスイッチの断面図である。
【図１１】本発明の第９実施形態に係るスイッチの断面図である。
【図１２】本発明の第１０実施形態に係るスイッチの製造方法の途中工程を示す図である。
【図１３】本発明の第１０実施形態に係るスイッチの製造方法の途中工程を示す図である。
【図１４】本発明の第１１実施形態に係る集積化スイッチを示す図である。
【図１５】図１４に示す集積化スイッチをパッケージ化した集積化回路装置の斜視図である。
【図１６】本発明の第１２実施形態に係るスイッチの断面図である。
【図１７】本発明の第１３実施形態に係るスイッチの断面図である。
【図１】
0004109992.tif 000002
【図２】
0004109992.tif 000003
【図３】
0004109992.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004109992.tif 000007
【図７】
0004109992.tif 000008
【図８】
0004109992.tif 000009
【図９】
0004109992.tif 000010
【図１０】
0004109992.tif 000011
【図１１】
0004109992.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0004109992.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0004109992.tif 000016
【図１６】
0004109992.tif 000017
【図１７】
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