(57)【要約】  高周波信号の信号路を切り替えるマイクロスイッチを提供する。回路基板と、回路基板において互いに離間して配され、それぞれ回路基板の表面と裏面を電気的に接続する一対の第１のフィードスルー配線と、回路基板の表面において一対の第１のフィードスルー配線を結ぶ直線上に、ギャップを有して互いに向かい合って配され、一対の第１のフィードスルー配線のそれぞれに電気的に接続される一対の信号線と、回路基板の表面に対して接触するか離間するかを切り替え可能に構成され、表面に接触した場合に、一対の信号線を電気的に接続する可動部とを備えるマイクロスイッチ。【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板に配された一対の第１のフィードスルー配線と、
前記回路基板の表面にギャップを有して配された一対の第１の信号線と、
前記ギャップに対向して配された第１の可動部と、
前記一対の第１の信号線の両側に配された第１および第２のグランドパターンと
を備え、
前記第１の可動部は、前記一対の第１の信号線に対して接触および離間可能であり、
前記一対の第１の信号線は、前記一対の第１のフィードスルー配線のそれぞれと電気的に接続され、
前記第１および前記第２のグランドパターンは、前記一対の第１の信号線の近傍まで延伸して前記一対の第１の信号線に対するコプレーナ線路を形成し、
前記第１および前記第２のグランドパターンのそれぞれは、前記第１のフィードスルー配線の近傍において、前記第１のフィードスルー配線から離間する形状を有する高周波回路装置。
【請求項２】
前記第１の信号線の幅よりも前記一対の第１のフィードスルー配線の径が大きい請求項１に記載の高周波回路装置。
【請求項３】
前記回路基板の表面と裏面とを電気的に接続する第２のフィードスルー配線と、
前記回路基板の前記表面において、前記第１の信号線の一方に対してギャップを有して配された第２の信号線と、
前記ギャップに対向して配された第２の可動部と
をさらに備え、
前記第２の信号線は、前記第２のフィードスルー配線と電気的に接続され、
前記第２の可動部は、前記第１の信号線の前記一方および前記第２の信号線に接触するか離間するかを前記第１の可動部と独立して切り替え可能に構成され、
前記第１のグランドパターンおよび前記第２のグランドパターンは、前記第２の信号線に対してギャップを有しつつ近傍まで延伸されて、前記第２の信号線に対してコプレーナ路線を形成し、
前記第１のグランドパターンおよび前記第２のグランドパターンのそれぞれは、前記第２のフィードスルー配線の近傍において、前記第２のフィードスルー配線から離間する形状を有する請求項２に記載の高周波回路装置。
【請求項４】
前記第２の信号線の幅よりも前記第２のフィードスルー配線の径が大きい請求項３に記載の高周波回路装置。
【請求項５】
前記第１の可動部を前記回路基板の前記表面に対して接触させることにより、前記一対の第１のフィードスルー配線の一方に入力される電気信号を前記一対の第１のフィードスルー配線の他方に出力し、
前記第２の可動部を前記回路基板の前記表面に対して接触させることにより、前記一対の第１のフィードスルー配線の前記一方に入力される電気信号を前記第２のフィードスルー配線の他方に出力する、請求項４に記載の高周波回路装置。
【請求項６】
前記第１および第２の可動部のそれぞれは、
前記回路基板に対して固定された固定端、および、前記固定端から延伸された自由端を有するバイモルフ部と、
前記バイモルフ部の前記自由端の先端近傍に配され、前記バイモルフ部の前記自由端が前記回路基板の前記表面に接触した場合に前記一対の第１又は第２の信号線を電気的に接続する可動接点と、
前記バイモルフ部を加熱するヒータと
を有する請求項５に記載の高周波回路装置。
【請求項７】
前記回路基板の表面において前記第１の可動部が有する前記ヒータに電力を供給する一対の第３のフィードスルー配線と、
前記第３のフィードスルー配線の一方との間で前記回路基板の表面において前記第２の可動部が有する前記ヒータに電力を供給する第４のフィードスルー配線と
を更に備える請求項６に記載の高周波回路装置。
【請求項８】
全体が一つのパッケージ内に封止される請求項７に記載の高周波回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波回路装置に関する。特に本発明は、ＧＨｚ以上の高周波の信号を扱う高周波回路装置に関する。
特願２００４−２７５０８８    出願日  ２００４年９月２２日
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧＨｚ以上の高周波の信号を扱う高周波回路装置の一例として、ＭＥＭＳ技術で製作されるスイッチングデバイスが各種提案されている。例えば、静電引力によって可動接点を駆動してＲＦ信号のスイッチングを行う有接点リレーが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】MWE2003 Microwave Workshop Digest pp.375-378
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の有接点リレーは、半導体試験装置等で要求される高速信号のスイッチングに対応できないという課題があった。また、MEMS技術で作られるスイッチングデバイスの場合ガラス基板が通常使われるが、基板を貫通するフィードスルー配線を設けるためにガラス基板にドリルで孔を開ける場合に、孔の径が約３００μｍとなるので、高周波信号線とフィードスルー配線の径も同程度となる。ここで、フィードスルー配線と信号路との結合部分において、電磁波の放射が起こる。よって、特にコプレーナ型配線の場合、フィードスルー配線とグランドとの間が近くなると、グランドが上記結合部からの電磁波を拾うことにより、信号のパワーが低下するという不具合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、高周波回路装置であって、回路基板の表面と裏面とを電気的に接続する一対の第１のフィードスルー配線と、回路基板の表面に、互いにギャップを有して配された一対の第１の信号線と、ギャップに対向して配された第１の可動部と、一対の第１の信号線を挟んで回路基板の表面に配された第１のグランドパターンおよび第２のグランドパターンとを備える。第１の可動部は、一対の第１の信号線に接触するか離間するかを切り替え可能に構成される。一対の第１の信号線は、一対の第１のフィードスルー配線のそれぞれと電気的に接続される。第１のグランドパターンおよび第２のグランドパターンは、一対の第１の信号線に対してギャップを有しつつ近傍まで延伸されて、一対の第１の信号線に対するコプレーナ線路を形成する。第１のグランドパターンおよび第２のグランドパターンのそれぞれは、第１のフィードスルー配線の近傍において、第１のフィードスルー配線から離間する形状を有する。ここで、第１および第２のグランドのそれぞれは第１フィードスルーから、第１のフィードスルーと第１の信号路との間に生じる電磁波と干渉しない程度に離れていることが好ましい。【０００５】
上記高周波回路装置において、第１の信号線の幅よりも第１のフィードスルー配線の径が大きくてもよい。この場合、フィードスルーとグランドの距離は、インピーダンスが５０Ω程度となるように離すことが好ましい。【０００６】
上記高周波回路装置は、回路基板の表面と裏面とを電気的に接続する第２のフィードスルー配線と、回路基板の表面において、第１の信号線の一方に対してギャップを有して配された第２の信号線と、ギャップに対向して配された第２の可動部とをさらに備えてもよい。第２の信号線は、第２のフィードスルー配線と電気的に接続される。第２の可動部は、第１の信号線の一方および第２の信号線に接触するか離間するかを第１の可動部と独立して切り替え可能に構成される。  第１のグランドパターンおよび第２のグランドパターンは、第２の信号線に対してギャップを有しつつ近傍まで延伸されて、第２の信号線に対してコプレーナ路線を形成する。第１のグランドパターンおよび第２のグランドパターンのそれぞれは、第２のフィードスルー配線の近傍において、第２のフィードスルー配線から離間する形状を有する。【０００７】
上記高周波回路装置において、第２の信号線の幅よりも第２のフィードスルー配線の径が大きくてもよい。【０００８】
上記高周波回路装置において、第１の可動部を回路基板の表面に対して接触させることにより、一対の第１のフィードスルー配線の一方に入力される電気信号を一対の第１のフィードスルー配線の他方に出力し、第２の可動部を回路基板の表面に対して接触させることにより、一対の第１のフィードスルー配線の一方に入力される電気信号を第２のフィードスルー配線の他方に出力してもよい。【０００９】
上記高周波回路装置において、第１及び第２の可動部のそれぞれは、バイモルフ部と、可動接点と、ヒータとを有してもよい。バイモルフ部は、回路基板に対して固定された固定端と、回路基板と離間して固定端から延伸され、加熱されることにより湾曲して回路基板の表面に対して接触するか離間するかを切り替える自由端とを有する。ヒータは、バイモルフ部の自由端の先端近傍に配され、バイモルフ部の自由端が回路基板の表面に接触した場合に一対の第１又は第２の信号線を電気的に接続する可動接点と、バイモルフ部を加熱する。【００１０】
上記高周波回路装置は、一対の第３のフィードスルー配線と、第４のフィードスルー配線とを更に備えてもよい。一対の第３のフィードスルー配線は、回路基板において互いに離間して配され、それぞれ回路基板の表面と裏面を電気的に接続すると共に、回路基板の表面において第１の可動部が有するヒータに電力を供給する。第４のフィードスルー配線は、回路基板において第３のフィードスルー配線から離間して配され、回路基板の表面と裏面を電気的に接続すると共に、第３のフィードスルー配線との間で回路基板の表面において第２の可動部が有するヒータに電力を供給する。また、全体が一つのパッケージ内に封止されてもよい。【００１１】
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また、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係るマイクロスイッチ５００の上面図である。
【図２】マイクロスイッチ５００を外部基板６００に実装した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１０２  可動接点、１０４  固定接点、１０６  酸化シリコン層、１０８  バイモルフ部、１１０  支持部、１２０  可動部、１２６  基板、１２８  ヒータ、１２９  ヒータ電極、１３０  金属層、１３２  固定接点電極、１５０  変形防止層、５００  マイクロスイッチ、５０２  基準電位フィードスルー、５０２ａ  基準電位フィードスルー、５０２ｂ  基準電位フィードスルー、５０２ｃ  基準電位フィードスルー、５０２ｄ  基準電位フィードスルー、５０２ｅ  基準電位フィードスルー、５０２ｆ  基準電位フィードスルー、５０４  ヒータ用フィードスルー、５０４ａ  ヒータ用フィードスルー、５０４ｂ  ヒータ用フィードスルー、５０４ｃ  ヒータ用フィードスルー、５０６  信号用フィードスルー、５０６ａ  信号用フィードスルー、５０６ｂ  信号用フィードスルー、５０６ｃ  信号用フィードスルー、５０８  グランド、５０８ａ  グランド、５０８ｃ  グランド、５２０  信号線、５２０ａ  第１の信号線、５２０ｂ  第１の信号線、５２０ｃ  第２の信号線、５５０  回路基板、５６０  半田ボール、６００  外部基板
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本実施形態の高周波回路装置の一例であるマイクロスイッチ５００の上面図である。また、図２は、マイクロスイッチ５００を外部基板６００に実装した状態を示す断面図である。図２の断面位置は、図１のＡ−Ａに示す位置である。マイクロスイッチ５００は、マイクロスイッチ５００は、１入力２出力のＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）スイッチの一例である。マイクロスイッチ５００は、回路基板５５０、一対の可動部１２０、及び支持部１１０を備える。可動部１２０は、例えばカンチレバー状、すなわち片持ち梁状のスイッチである。支持部１１０は、回路基板５５０に固定され、可動部１２０の一端を支持する。回路基板５５０は、例えばガラス基板である。回路基板５５０は、シリコン基板であってもよい。本実施形態のマイクロスイッチ５００は、高周波信号の信号経路を高速、高精度に切り替えることを特徴とする。回路基板５５０の大きさの一例は、平面サイズが例えば４ｍｍ×５ｍｍであり、厚さが約０．３ｍｍである。【００１６】
可動部１２０は、回路基板５５０の表面に対して接触または離間することができる。例えば、可動部１２０はアクチュエータとしてバイモルフ部１０８及びヒータ１２８を有する。バイモルフ部１０８は、支持部１１０に支持された固定端と、回路基板５５０と離間して固定端から延伸された自由端とを有する。バイモルフ部１０８は、固定端から自由端に向かうにつれて上方に反っている。バイモルフ部１０８の自由端は、加熱されることにより回路基板５５０の方向に湾曲して回路基板５５０の表面に対して接触するか離間するかを切り替える。バイモルフ部１０８は、酸化シリコン層１０６と、酸化シリコン層１０６上に形成され、酸化シリコン層１０６の熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する金属層１３０を備える。金属層１３０は、例えば銅又はアルミニウム等の金属からなる。【００１７】
ヒータ１２８は、金属層１３０及び酸化シリコン層１０６を効率よく加熱するパターンで形成されている導電体である。例えば、ヒータ１２８は、金属層１３０と酸化シリコン層１０６の間に略平行に設けられる。この場合、ヒータ１２８の周囲を酸化シリコンなどの絶縁体で覆うことによりヒータ１２８と金属層１３０とを絶縁する。可動部１２０はさらに、可動接点１０２を有する。可動接点１０２は、バイモルフ部１０８の先端における下面、すなわち回路基板５５０に対向する面に設けられている。一方、回路基板５５０は、可動接点１０２と対向する位置に固定接点１０４を有する。常温において、バイモルフ部１０８は、可動接点１０２を固定接点１０４から一定の距離で離間させて保持する。本実施例のバイモルフ部１０８の長さは約６００μｍ、可動接点１０２の中央部分の固定接点１０４からの高さは約５０μｍである。【００１８】
ヒータ電極１２９は、ヒ−タ１２８と電気的に接続された金属電極である。ヒータ電極１２９を介してヒータ１２８に電力を供給すると、金属層１３０及び酸化シリコン層１０６がほぼ同時に加熱される。これにより、金属層１３０は酸化シリコン層１０６よりも大きく伸び、バイモルフ部１０８の反り量を減らす方向に変形させる。この結果、バイモルフ部１０８は、可動接点１０２を固定接点１０４に接触させる。これにより、可動接点１０２と固定接点１０４とは電気的に接続される。可動接点１０２及び固定接点１０４は、例えば白金などの金属で形成される。【００１９】
支持部１１０は、回路基板５５０の表面に形成された酸化シリコン層である。本実施例において、支持部１１０は、バイモルフ部１０８の一端のみを支持する。他の実施例において、支持部１１０は、バイモルフ部１０８の両端を支持してもよい。また、可動部可動部１２０は、アクチュエータとして圧電素子を有してもよいし、静電力により可動部１２０を駆動する静電電極を有してもよい。【００２０】
回路基板５５０は、二つの可動部１２０ａ、１２０ｂと、三つの信号用フィードスルー５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃとを有する。信号用フィードスルー５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃは、互いに離間して配され、それぞれ回路基板５５０の表面と裏面を電気的に接続する。ここで、信号用フィードスルー５０６ａ、５０６ｂは、本発明の第１のフィードスルー配線の一例であり、信号用フィードスルー５０６ｃは、本発明の第２のフィードスルー配線の一例である。【００２１】
回路基板５５０の表面において、一対の信号用フィードスルー５０６ａ、５０６ｂを結ぶ直線上には、一対の第１の信号線５２０ａ、５２０ｂが形成される。一対の信号線５２０ａ、５２０ｂは、一対の信号用フィードスルー５０６ａ、５０６ｂのそれぞれに電気的に接続される。一対の信号線５２０ａ、５２０ｂは、ギャップを有して互いに向かい合って配される。一対の第１の信号線５２０ａ、５２０ｂの互いに向かい合う先端にはそれぞれ固定接点１０４が配されている。可動部１２０aが、一対の第１の信号線５２０ａ、５２０ｂの固定接点１０４に接触すると、信号用フィードスルー５０６ａと信号用フィードスルー５０６ｂは、第１の信号線５２０ａ、５２０ｂ及び固定接点１０４を介して電気的に接続される。【００２２】
同様に、回路基板５５０の表面において、一対の信号用フィードスルー５０６ａ、５０６ｃを結ぶ直線上には、上記第１の信号線５２０ａと第２の信号線５２０ｃとが対を成して形成される。第２の信号線５２０ｃは、信号用フィードスルー５０６ｃに電気的に接続される。第１の信号線５２０ａと第２の信号線５２０ｃとは、ギャップを有して互いに向かい合って配される。第１の信号線５２０ａと第２の信号線５２０ｃの互いに向かい合う先端にはそれぞれ固定接点１０４が配されている。可動部１２０ｂが、第１の信号線５２０ａおよび第２の信号線５２０ｃの固定接点１０４に接触すると、信号用フィードスルー５０６ａと信号用フィードスルー５０６ｃは、第１の信号線５２０ａ、第２の信号線５２０ｃ及び固定接点１０４を介して電気的に接続される。なお、信号用フィードスルー５０６は、図２に示すように、外部基板６００と半田ボール５６０で接続される。【００２３】
一対のヒータ用フィードスルー５０４ｂのそれぞれに電力を供給するか否かを独立して切り替えることにより、可動部１２０のそれぞれを回路基板５５０の表面に対して接触させるか離間させるかを個別に、しかも高速に切り替えることができる。これにより、信号用フィードスルー５０６ａに入力される高周波信号を信号用フィードスルー５０６ｂのそれぞれに出力するか否かを個別にしかも高速に切り替えることができる。【００２４】
また、上記の構成によれば、マイクロスイッチ５００は、回路基板５５０の裏面からの配線長が短い。また、マイクロスイッチ５００の可動部１２０は、回路基板５５０上に接触または離間するように配されるので、回路基板５５０の表面上の線路長を短くすることができる。また、マイクロスイッチとしてバイモルフ部１０８を用いることにより、スイッチ全体を小さくすることができ、これにより、回路基板５５０上の線路長をより短くすることができる。配線長が短いことにより、スイッチ全体のインダクタンスが小さくなり、高周波信号が入力されても信号が減衰しないという効果を奏する。さらに、外部基板６００に対して半田ボール５６０により表面実装できるので、実装効率を高めることができる。【００２５】
可動部１２０はアクチュエータとしてバイモルフ部１０８とヒータ１２８を有するので、ヒータ１２８への電力供給を切り替えることにより、可動部１２０を高速に動作させることができる。これにより、マイクロスイッチ５００の応答速度を高めることができる。可動部１２０の駆動手段としてバイモルフ部１０８を備えるので、静電引力を駆動手段に用いる場合よりも可動部１２０の面積を小さくできるという効果を有する。また、回路基板５５０は、可動部１２０ａに対して一対のヒータ用フィードスルー５０４ａ、５０４ｂを有し、可動部１２０ｂに対して一対のヒータ用フィードスルー５０４ａ、５０４ｃを有する。ヒータ用フィードスルー５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃは、回路基板５５０の表面においてヒータ電極１２９を介してヒータ１２８に電力を供給する。三つのヒータ用フィードスルー５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃは、回路基板５５０において互いに離間して配され、それぞれ回路基板５５０の表面と裏面を電気的に接続する。ヒータ用フィードスルー５０４ａ、５０４ｂは、本発明の第２のフィードスルー配線の一例である。回路基板５５０は、ヒータ用フィードスルー５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃを有することにより、ヒータ１２８に対して短い配線で電力を供給できる。従って、電力供給時にヒータ１２８の温度を素早く上昇させ、可動部１２０を素早く動かすことができる。これにより、マイクロスイッチ５００の応答速度を高めることができる。【００２６】
また、回路基板５５０は、第１の信号線５２０ａを中心とした一方の側に、三つの基準電位フィードスルー５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃを有する。これら三つの基準電位フィードスルー５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃは互いに離間して配され、それぞれ回路基板５５０の表面と裏面を電気的に接続する。基準電位フィードスルー５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃは、マイクロスイッチ５００の基準電位をなす。基準電位フィードスルー５０２ａ、５０２ｂは、本発明における第１の基準電位フィードスルー配線の一例である。回路基板５５０はさらに、回路基板５５０の表面において、信号線５２０に対してギャップを有しつつ第１の信号線５２０ａ、５２０ｂ及び第２の信号線５２０ｃの近傍まで延伸されたグランド５０８ａを有する。グランド５０８ａは、基準電位フィードスルー５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃのそれぞれに電気的に接続されている。グランド５０８ａは、本発明の第１のグランドパターンの一例である。【００２７】
また、回路基板５５０は、第１の信号線５２０ａを中心とした他方の側に、三つの基準電位フィードスルー５０２ｄ、５０２ｅ、５０２ｆを有する。これら三つの基準電位フィードスルー５０２ｄ、５０２ｅ、５０２ｆは互いに離間して配され、それぞれ回路基板５５０の表面と裏面を電気的に接続する。基準電位フィードスルー５０２ｄ、５０２ｅ、５０２ｆは、マイクロスイッチ５００の基準電位をなす。基準電位フィードスルー５０２ｄ、５０２ｅは、本発明における第２の基準電位フィードスルー配線の一例である。回路基板５５０はさらに、回路基板５５０の表面において、第１の信号線５２０ａを中心としたグランド５０８ａと反対側において、第１の信号線５２０ａおよび第２の信号線５２０ｃに対してギャップを有しつつ第１の信号線５２０ａおよび第２の信号線５２０ｃの近傍まで延伸されたグランド５０８ｃを有する。グランド５０８ｃは、基準電位フィードスルー５０２ｄ、５０２ｅ、５０２ｆのそれぞれに電気的に接続されている。グランド５０８ｃは、本発明の第２のグランドパターンの一例である。【００２８】
なお、基準電位フィードスルー５０２、ヒータ用フィードスルー５０４、及び信号用フィードスルー５０６はいずれも、直径０．３５ｍｍ程度の大きさである。また、第１の信号線５２０ａ、５２０ｂおよび第２の信号線５２０ｃの長さはそれぞれ６００μｍ程度であり、幅はそれぞれ２００μｍ程度である。さらに、第１の信号線５２０ａ、５２０ｂおよび第２の信号線５２０ｃの固定接点１０４の間のギャップは５０μｍ程度である。さらに、第１の信号線５２０ａ、５２０ｂおよび第２の信号線５２０ｃとグランド５０８ａ、５０８ｃとの間隔は、信号線の幅および回路基板の誘電率等から、約３０μｍに設定される。【００２９】
また、グランド５０８ａは、信号用フィードスルー５０６ａの近傍において、この信号用フィードスルー５０６ａから離間する斜面５１１を有する。同様に、グランド５０８ａは、信号用フィードスルー５０６ｂの近傍において、この信号用フィードスルー５０６ｂから離間する斜面５１０、および、信号用フィードスルー５０６ｃの近傍において、この信号用フィードスルー５０６ｃから離間する斜面５１２を有する。同様に、グランド５０８ｃは、信号用フィードスルー５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃの近傍において、これら信号用フィードスルー５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃからそれぞれ離間する斜面５１３、５１４、５１５を有する。この場合に、これら斜面５１０、５１１、５１２、５１３、５１４、５１５により、グランド５０８ａ、５０８ｃが大径の信号用フィードスルー５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃと第１および第２の信号線５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃとの結合部から放射される電磁波に干渉しない程度に離れていることが好ましい。特に、第１および第２の信号線５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃに流れる信号がより高周波であるほど、グランド５０８ａ、５０８ｃは信号用フィードスルー５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃから遠くに離れていることが好ましい。例えば、数十ＧＨｚの信号を扱う本実施形態において、グランド５０８ａ、５０８ｃは信号用フィードスルー５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃから１００μｍ程度離れていることが好ましく、これにより、インピーダンスが５０Ω程度となることが好ましい。【００３０】
以上の構成により、マイクロスイッチ５００は、第１の信号線５２０ａ、５２０ｂおよび第２の信号線５２０ｃの近傍にグランド５０８ａ、５０８ｃを有するコプレーナ線路を形成している。これにより、マイクロスイッチ５００のインダクタンスを小さくすることができる。また、斜面５１０、５１１、５１２、５１３、５１４、５１５により、グランド５０８ａ、５０８ｂが第１の信号線５２０ａ、５２０ｂおよび第２の信号線５２０ｃの幅よりも大径の信号用フィードスルー５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃに接触して短絡することを防ぐことができる。さらに、これら斜面５１０、５１１、５１２、５１３、５１４、５１５により、グランド５０８ａ、５０８ｃが信号用フィードスルー５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃと第１および第２の信号線５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃとの結合部から放射される電磁波を拾って信号のパワーが低下することを防ぐことができる。【００３１】
なお、金属層１３０はチタン銅及びベリリウム銅等の析出硬化型の合金であってもよい。チタン銅及びベリリウム銅等の析出硬化型の銅合金は、応力緩和特性に優れているので、バイモルフ部１０８を動作させるときの歪みが小さい。従ってバイモルフ部１０８の形状が経時変化しにくいという効果を有する。【００３２】
バイモルフ部１０８は、酸化シリコン層１０６の表面を覆い、水分及び酸素の透過率が酸化シリコン層１０６よりも小さい変形防止層１５０を更に有する。変形防止層１５０は、例えば窒化シリコンの膜である。窒化シリコンは、酸化シリコンよりも緻密な膜を形成し、水分及び酸素をより確実に遮断することができる。あるいは、変形防止層１５０は、酸化シリコン層１０６を形成する場合よりも高いエネルギーで成膜される酸化シリコンであってもよい。酸化シリコンを成膜する場合のエネルギーを高めることにより、成膜される酸化シリコンの緻密さが高まり、水分及び酸素をより確実に遮断することができる。この場合には、酸化シリコン層１０６と同一の材料で変形防止層１５０を成膜することができるのでバイモルフ部１０８の製造が容易である。このように、バイモルフ部１０８は変形防止層１５０を有することにより、酸化シリコン層１０６が経時変化により膨張することを防止することができる。従って、バイモルフ部１０８の形状をより精度よく維持できる。【００３３】
可動部１２０の製造方法の一例を以下に説明する。可動部１２０の製造方法は、金属層形成段階、焼き鈍し段階、ヒータ形成段階、酸化シリコン層形成段階、変形防止層形成段階、可動接点形成段階、及び犠牲層除去段階を含む。まず、金属層形成段階において、例えば酸化シリコンからなる犠牲層の上に、銅やアルミニウムなどの金属を常温でスパッタリングして堆積させることにより金属層１３０を形成する。【００３４】
次に、焼き鈍し段階において、犠牲層の上に形成された金属層１３０を焼き鈍しする。犠牲層の上に形成された金属層１３０には、スパッタリングによる堆積時に生じた内部応力が残留している。そこで、この内部応力を焼き鈍しにより緩和させる。焼き鈍しの温度は、金属層１３０を形成する金属の再結晶温度及び後述するプラズマＣＶＤの温度よりも高い温度とする。例えば、金属層１３０の材料に銅を用いる場合、焼き鈍し温度は４００℃程度とする。また、金属層１３０の材料にアルミニウムを用いる場合、焼き鈍し温度は３５０℃程度とする。焼き鈍しの時間は、１５分程度が適当である。【００３５】
この焼き鈍しによって、金属層１３０の原子の再結晶が起き、格子間の欠陥が減少する。これにより、金属層１３０の内部応力が緩和され、バイモルフ部１０８の形状が経時変化する要因を一つ取り除くことができる。また、当該焼き鈍し段階で金属層１３０の内部応力が緩和されることにより、後の酸化シリコン層形成段階におけるプラズマＣＶＤで３００℃程度の温度にさらされる場合に、金属層１３０の変形を防止することができる。従ってバイモルフ部１０８を製造する場合の初期の反り量を、酸化シリコン層１０６をＣＶＤで積層するときのワット数で精度よく管理することができる。【００３６】
次に、ヒータ形成段階において、金属層１３０の表面にまず絶縁層を形成する。絶縁層は、例えばＣＶＤで酸化シリコンを堆積させることにより形成する。そして、銅又は金などの金属を常温でスパッタリングして堆積させることによりヒータ１２８を形成する。次に、酸化シリコン層形成段階において、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いたプラズマＣＶＤにより、ヒータ形成段階で形成した絶縁層及びヒータ１２８の上面に酸化シリコンを堆積させる。本実施例の酸化シリコン層形成段階は、プラズマＣＶＤの出力を例えば１３０ワット、３００℃に調節した状態で酸化シリコンを堆積させて酸化シリコン層１０６を形成する。なお、金属層１３０の上にクロム層及びチタン層をこの順序で形成し、その上に酸化シリコン層１０６を形成することが望ましい。これにより、酸化シリコン層１０６と金属層１３０の密着強度が向上する。【００３７】
次に、変形防止層形成段階において、酸化シリコン層１０６の表面にプラズマＣＶＤで窒化シリコンを堆積させることより変形防止層１５０を形成する。あるいは、酸化シリコン層形成段階よりも高いエネルギーのプラズマＣＶＤで酸化シリコンを堆積させることによって変形防止層１５０を形成してもよい。酸化シリコンで変形防止層１５０を形成する場合、プラズマＣＶＤの出力を例えば１５０ワットに調節した状態で酸化シリコンを堆積させて変形防止層１５０を形成する。酸化シリコン層形成段階よりも高いエネルギーのプラズマＣＶＤで酸化シリコンを堆積させることにより、変形防止層１５０の酸化シリコンは、酸化シリコン層１０６の酸化シリコンよりも緻密な膜を形成する。【００３８】
次に可動接点形成段階に於いて、金などの耐食性の高い金属を例えばスパッタリングで変形防止層１５０の表面に堆積させ、可動接点１０２以外の範囲の金属をエッチングで除去することにより可動接点１０２を形成する。最後に、犠牲層除去段階に於いて、金属層１３０を支持する犠牲層をエッチングにより除去する。すると、酸化シリコン層１０６と金属層１３０との内部応力の差に応じてバイモルフ部１０８に金属層１３０側への反りが生じる。このとき生じる反りの大きさは、酸化シリコン層形成段階におけるプラズマＣＶＤのエネルギーの大きさ、すなわちワット数の大きさによって決まる。プラズマＣＶＤのワット数を高めるほど、バイモルフ部１０８の反り量は大きくなる。本実施例のバイモルフ部１０８に適切な反り量は、前述の通り、酸化シリコン層形成段階におけるプラズマＣＶＤの出力を１３０ワット程度に調節することによって得られる。こうして得られたバイモルフ部１０８を上下反転させることにより図２に示す姿勢のバイモルフ部１０８を得る。【００３９】
窒化シリコンからなる変形防止層１５０は、酸化シリコンよりも緻密な膜を形成し、水分及び酸素をより確実に遮断することができる。また、酸化シリコン層形成段階よりも高いエネルギーのプラズマＣＶＤで酸化シリコンを堆積させて形成した変形防止層１５０は、酸化シリコン層１０６の酸化シリコンよりも緻密な膜を有するので、水分及び酸素を酸化シリコン層１０６から遮断する。この場合、酸化シリコン層１０６と同一の材料で変形防止層１５０を成膜することができるので製造が容易である。【００４０】
すなわち、マイクロスイッチ５００は、変形防止層１５０を有することにより、酸化シリコン層１０６が経時変化で膨張することを防止することができる。これにより、バイモルフ部１０８の形状が精度よく維持され、固定接点１０４と可動接点１０２の接点ギャップが安定する。従って、スイッチを切り替えるためにヒータ１２８に入力する電力と、スイッチングの応答速度がいずれも安定するという効果を奏する。なお、本発明のバイモルフ素子は、マイクロセンサ等のマイクロマシンであってもよい。【００４１】
以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、回路基板の裏面からの配線長が短く、かつ半田ボールにより外部基板に表面実装できるマイクロスイッチ５００が提供される。例えば、本実施例のマイクロスイッチ５００は、フィードスルー及びランドの直径を０．６ｍｍ未満とすることにより、スタブとなる線路長を０．６ｍｍ未満に抑えることができる。マイクロスイッチ５００は、配線長が短いことにより、スイッチ全体のインダクタンスが小さくなり、広帯域で信号が減衰しないという効果を奏する。特に、マイクロスイッチとしてバイモルフ部１０８を用いることにより、スイッチ全体を小さくすることができ、これにより、回路上の線路長をより短くすることができる。また、外部基板に表面実装できるので、実装効率を高めることができる。なお、マイクロスイッチ５００は、さらに抵抗を含むことによりアッテネータを構成してもよい。【００４２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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