JP3538109B2 - マイクロマシンスイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の微細加工
技術を利用して極微細でメカニカルな機構を実現したマ
イクロマシンの技術分野に属し、詳しくは電気的な接点
を開閉するためのマイクロマシンスイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は特開平９−１７３００号公報に
開示された従来のマイクロマシンスイッチを示し、図１
２［１］平面図、図１２［２］は図［１］におけるXII-
XII線縦断面図である。以下、この図面に基づき説明す
る。

【０００３】ガリウム砒素からなる基板１１２の上に、
熱硬化ポリイミドからなるアンカー構造１１４、並びに
金からなる下部電極１１６及び信号線１１８が設けられ
ている。アンカー構造１１４の上に設けられたシリコン
酸化膜からなる片持ちアーム１２０は、下部電極１１６
及び信号線１１８の上まで延設されており、これらと空
間的な隙間を介して対向している。片持ちアーム１２０
の上側には、アンカー構造１１４から下部電極１１６に
対向する位置までアルミニウムからなる上部電極１２４
が設けられている。また、片持ちアーム１２０の下側に
は、信号線１１８に対向する位置に金からなる接触電極
１２２が設けられている。

【０００４】信号線１１８と接触電極１２２とが対向す
る位置には、隙間が設けられている。このため、電圧が
印加されない状態では信号線１１８に電流が流れない。
ここで、上部電極１２４と下部電極１１６との間に３０
［Ｖ］の電圧を印加すると、静電気力により上部電極１
２４に基板１１２方向（下側）に引力が働く。このた
め、片持ちアーム１２０が下側に変形することにより、
接触電極１２２が信号線１１８と接触するので、信号線
１１８に電流が流れる。このようにして、電圧の印加に
よって、信号線１１８を通る電流又は信号のオン・オフ
を制御することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
マイクロマシンスイッチ１１０には、以下の問題点
（１）〜（３）があった。

【０００６】（１）片持ちアーム１２０が基板１１２方
向に変形して、最初にその先端の接触電極１２２が信号
線１１８に接続し、次に上部電極１２４が下部電極１１
６に吸引される。この際、片持ちアーム１２０の基端側
にだけ力が加わり、先端側には拘束力が存在しない。す
なわち、接触電極１２２は、信号線１１８に対して平行
に接触せず、信号線１１８に対してある傾斜を持って接
触することとなる。したがって、接触電極１２２が信号
線１１８に対して一部の領域のみで接触する、いわゆる
「片当たり」が発生しやすい。この片当たりは、信号線
１１８の接触抵抗を不安定にさせるとともに、信号線１
１８に負荷を印加した寿命試験において接触電極１２２
や信号線１１８の一部の接触領域だけが劣化する原因と
なる。このように、接点性能を著しく低下させてしまう
という問題があった。

【０００７】また、このように片持ちアーム１２０の基
端側にだけ力を加えて、その力によって接触電極１２２
を信号線１１８に接触させる構造では、接触部（接触電
極１２２と信号線１１８との接触部）で摺動を伴うと予
測される。この摺動は接触領域の材質及び接触力によっ
て決定される粘着力を増長させてしまうので、復旧電圧
のばらつきや動作障害を引き起こすという問題があっ
た。上記公報では、接触領域の材質として金を使用して
いる。金は、導電性が良いため小型化を維持したまま低
挿入損失及び大通電容量を実現できるが、最も粘着係数
が高い材質でもある。そのため、より大きな粘着力を発
生させてしまう。

【０００８】（２）動作電圧は、片持ちアーム１２０に
よるばね復元力と、電極間（上部電極１２４と下部電極
１１６との間）に発生する静電気力とのバランスによっ
て決定される。一方、配線部抵抗を除いた信号線間の接
触抵抗特性は、接触部の接触力に主に依存している。そ
の接触力を決定する要因の一つに、接触電極１２２が信
号線１１８に接触した後の、片持ちアーム１２０のばね
定数が挙げられる。つまり、片持ちアーム１２０の剛性
は、動作電圧特性及び接触抵抗特性を決定することとな
る。したがって、動作電圧特性と接触抵抗特性とのバラ
ンスを考慮した設計が必要である。このように設計の自
由度が狭いことは、その特性を決定する寸法値を厳しく
制限するため、製造プロセスにおいても多大な制約を設
けなければならないという問題があった。

【０００９】（３）従来のマイクロマシンスイッチは、
１つの基板１１２に１つのマイクロマシンスイッチ１１
０が形成され、２つの信号線１１８の導通及び非導通を
制御するものがほとんどであった。つまり、マイクロマ
シンスイッチ１１０の信号入力部及び信号出力部は、各
々１つだけであった。したがって、複数存在する出力信
号線のうち所定の信号線に入力信号を出力したい場合
は、各々基板１１２に作製され、各々包装されたマイク
ロマシンスイッチ１１０を多数個用いて回路を設計する
必要があった。しかし、このように各々基板１１２に作
製され、包装されたマイクロマシンスイッチ１１０を多
数個使用することは、顧客のシステムボードを大型化さ
せてしまうとともに、コスト的にも割高にしてしまうと
いう問題があった。

【００１０】

【発明の目的】本発明の目的は、このような課題を解決
することにより、安定した動作特性を実現し、かつ多数
の接点組を有し安価に大量生産が可能なマイクロマシン
スイッチを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロマ
シンスイッチは、基板上に設けられた信号線に対して接
触電極を接触又は開離させることにより、信号線の導通
又は非導通を制御するものである。そして、基板上に互
いに離れて設けられた第一及び第二の支持台と、第一及
び第二の支持台の間に、基板から離れた状態かつこの順
序で連結された第一の両持ちばね、第一の上部電極、接
触電極、第二の上部電極及び第二の両持ちばねと、第一
及び第二の上部電極に対向する位置の基板上に設けられ
た第一及び第二の下部電極とを備えている。第一及び第
二の上部電極と第一及び第二の下部電極との間に静電気
力を発生させることにより、信号線に接触電極を接触さ
せる。第一及び第二の両持ちばねの復元力により、信号
線から接触電極を開離させる。

【００１２】すなわち、［第一の支持台−第一の両持ち
ばね−第一の上部電極−接触電極−第二の上部電極−第
二の両持ちばね−第二の支持台］という構造になってい
る。そして、第一の両持ちばねから第二の両持ちばねま
でが基板から離れている。また、基板上には、第一及び
第二の上部電極に対向する位置に第一及び第二の下部電
極が設けられている。

【００１３】ここで、第一及び第二の上部電極と第一及
び第二の下部電極との間に、電圧を印加することにより
静電気力を発生させる。この電圧を徐々に上げると、静
電気力が増大することにより、第一及び第二の上部電極
が第一及び第二の下部電極に吸い寄せられるので、接触
電極も信号線に近づく。更に電圧を上げると、遂には第
一及び第二の両持ちばねの復元力に静電気力が打ち勝っ
て、接触電極が信号線に接触する。これにより、信号線
が導通となる。この状態で、電圧を下げると、第一及び
第二の両持ちばねの復元力によって接触電極が信号線か
ら開離する。これにより、信号線が非導通となる。

【００１４】従来技術では、接触電極が弧を描くように
移動して信号線に接触していたため、片当たりや摺動の
問題が発生していた。これに対し、本発明における接触
電極は、［第一の上部電極−接触電極−第二の上部電
極］の状態すなわち両側を上部電極で挟まれた状態で、
信号線に対して接触又は開離する。つまり、本発明で
は、接触電極が平行に移動して信号線に接触するため、
片当たりや摺動の問題が発生しない。

【００１５】換言すると、本発明に係るマイクロマシン
スイッチは、例えば次のような構成及び作用となる。一
つの基板上に設けられた一方の信号線と、当該信号線の
端部より所定のギャップを隔てて設けられた他方の信号
線との、導通／非導通を制御するマイクロマシンスイッ
チである。そして、前記基板と接合され、前記ギャップ
の近傍かつ前記信号線に対して概ね対称に設けられた２
つの支持台と、当該各々の支持台から突出し機械的及び
電気的に前記支持台と接続された両持ちばねと、前記基
板に対して略水平方向に所定の空間ギャップを隔てて設
けられた絶縁性部材を下面に備え前記両持ちばねと機械
的及び電気的に接続する２つの上部電極と、当該各々の
上部電極と対向するように前記基板上に配置された下部
電極と、前記基板上に設けられた前記ギャップと概ね対
向して配置され前記絶縁性部材下に配置されている接触
電極とを備えている。また、前記信号線の各々片側に存
在する前記支持台、両持ちばね及び上部電極が一体構成
され、前記２つの上部電極から概ね等距離の位置に前記
接触電極が設けられ、前記上部電極と前記下部電極に電
圧を印加することによって、前記接触電極の両側にて発
生する大きさがほぼ等しい静電気力にて当該接触電極が
前記信号線に対して概ね平行に接触することを特徴とし
ている。更に、駆動電圧を除去した際の復旧時において
も、同様に前記信号線に対して概ね平行に接触電極が開
離することを特徴としている。これにより従来例で生ず
る片当たりや摺動を回避することができるので、良好な
動作特性が得られる。

【００１６】また、前記接触電極の材質にルテニウム、
ロジウム又は金コバルトを使用することにより、動作特
性に関与しない程度にまで粘着力を低減できる。更に、
前記接触電極が前記信号線に接触した後は、前記絶縁性
部材にて前記接触電極を両側より押し込む構造となって
いる。そのため、接触抵抗特性を左右する接触力は、前
記絶縁性部材の剛性にて確保できるので、動作電圧特性
を左右する前記両持ちばねの剛性とは無関係である。し
たがって、幅広い設計が可能であり、またプロセスにお
いても自由度が増大する。

【００１７】更に、前記１つの基板に複数の信号入力部
と複数の信号出力部とを設け、その各々のギャップ位置
にマイクロマシンスイッチを設けることで、所望の出力
側の信号線に入力信号を出力することが可能となる。し
たがって、システムボードを小型化できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るマイクロマ
シンスイッチの第一実施形態を示す平面図である。図２
［Ａ］は図１におけるＩＡ−ＩＡ線縦断面図、図２
［Ｂ］は図１におけるＩＢ−ＩＢ線縦断面図である。以
下、これらの図面に基づき説明する。

【００１９】本実施形態のマイクロマシンスイッチ１
は、基板２上に設けられた信号線３に対して接触電極１
０を接触又は開離させることにより、信号線３の導通又
は非導通を制御するものである。そして、基板２上に互
いに離れて設けられた支持台５Ｌ，５Ｒと、支持台５
Ｌ，５Ｒの間に、基板２から離れた状態かつこの順序で
連結された両持ちばね６Ｌ、上部電極７Ｌ、接触電極１
０、上部電極７Ｒ及び両持ちばね６Ｒと、上部電極７
Ｌ，７Ｒに対向する位置の基板２上に設けられた下部電
極４Ｌ，４Ｒとを備えている。上部電極７Ｌ，７Ｒと下
部電極４Ｌ，４Ｒとの間に静電気力を発生させることに
より、信号線３に接触電極１０を接触させる。両持ちば
ね６Ｌ，６Ｒの復元力により、信号線３から接触電極１
０を開離させる。

【００２０】更に詳しく説明する。ガラスからなる基板
２の上に、導電性材質からなる信号線３と、導電性材質
からなり駆動に関与する２つの下部電極４Ｌ，４Ｒと、
シリコンからなりスイッチの動作を補助する２つの支持
台５Ｌ，５Ｒとが設けられている。支持台５Ｌ，５Ｒの
一側面からは２組の可撓性の両持ちばね６Ｌ，６Ｒが突
出し、これらの両持ちばね６Ｌ，６Ｒがシリコンからな
る上部電極７Ｌ，７Ｒにそれぞれ接続している。上部電
極７Ｌ，７Ｒは、所定の空間ギャップを介して基板２上
に配置された下部電極４Ｌ，４Ｒとそれぞれ対向してい
る。上部電極７Ｌ，７Ｒの下面には、二酸化シリコン膜
又は窒化シリコン膜の多層構造からなる絶縁性部材８が
基板２と略水平に接着している。絶縁性部材８は、上部
電極７Ｌ，７Ｒに対して１０〜２０［μｍ］大き目に作
製してある。これは、上部電極７Ｌ，７Ｒと下部電極４
Ｌ，４Ｒとに駆動用電圧を印加した際、放電により駆動
電極部周辺（上部電極７Ｌ，７Ｒ及び下部電極４Ｌ，４
Ｒの周辺）を損傷する可能性があるため、これを防止す
るためである。絶縁性部材８の下面には、基板２に作製
した信号線３と対向かつ所定の空間ギャップを介して、
導電性材質からなる接触電極１０が設けられている。接
触電極１０の上面には、絶縁性部材８を介してシリコン
からなる補強板９が設けられている。補強板９は、接触
電極１０よりも面積が大きく、かつ接触電極１０及び絶
縁性部材８よりも厚さが大きいため、絶縁性部材８と接
触電極１０と間に生じる撓みや反りを低減させる。

【００２１】図３は図１のマイクロマシンスイッチにお
ける電圧印加時を示し、図３［Ａ］は図１におけるＩＡ
−ＩＡ線縦断面図、図３［Ｂ］は図１におけるＩＢ−Ｉ
Ｂ線縦断面図である。以下、図２及び図３に基づき説明
する。

【００２２】図３はマイクロマシンスイッチ１の動作時
を示し、図２はマイクロマシンスイッチ１の復旧時を示
す。マイクロマシンスイッチ１の動作は、上部電極７
Ｌ，７Ｒと下部電極４Ｌ，４Ｒとに、所定の電圧を印加
することによって行われる。電圧が印加されるとこれら
の２組の上部電極７Ｌ，７Ｒと下部電極４Ｌ，４Ｒとの
間（以下、単に「電極間」という。）に静電気力が働
き、その静電気力が２組の両持ちばね６Ｌ，６Ｒの復元
力よりも大きくなると、基板２上に固定された下部電極
４Ｌ，４Ｒに上部電極７Ｌ，７Ｒが吸着しようとする。
このため、２組の両持ちばね６Ｌ，６Ｒは基板２に近づ
く方向に撓み、同時に上部電極７Ｌ，７Ｒと一体となっ
ている絶縁性部材８及び接触電極１０も基板２に近づく
方向に変位する。このとき、接触電極１０は、その両側
（上部電極７Ｌ側及び上部電極７Ｒ側）で大きさが等し
い静電気力によって、信号線３に対してほぼ平行に変位
する。

【００２３】ここで、電極間の空間ギャップａは、接触
電極１０と信号線３との間の空間ギャップｂよりも大き
く設計されている（図２）。そのため、最初に接触電極
１０が信号線３に接触する。その後、上部電極７Ｌ，７
Ｒは、両持ちばね６Ｌ，６Ｒの支持台５Ｌ，５Ｒとの結
合部及び接触電極１０を固定端とした状態で、更に下部
電極４Ｌ，４Ｒに吸着しようとする。このとき、絶縁性
部材８は、可撓性のばねとして基板２に近づく方向に撓
むので、２組の両持ちばね６Ｌ，６Ｒによる復元力とと
もに静電気力とは反対方向、つまり、基板２から遠ざか
る方向に復元力を発生させる。印加した電圧の二乗に比
例した静電気力がこれらの復元力よりも大きい場合、上
部電極７Ｌ，７Ｒは、下部電極４Ｌ，４Ｒに吸引されて
最終的には接触する。この一連の動作の中で、可撓性ば
ねとして働く絶縁性部材８は、接触電極１０と信号線３
との間の接触抵抗を良好に保つ接触力を供給することと
なる。

【００２４】一方、復旧時、つまり、徐々に印加電圧を
低下させていった場合は、動作時とは反対に上部電極７
Ｌ，７Ｒが下部電極４Ｌ，４Ｒから離れ、続いて接触電
極１０が信号線３から離れることによって、信号線３を
非導通にする。この復旧時においては、接触電極１０が
信号線３に粘着することにより、復旧が阻害される可能
性がある。しかし、マイクロマシンスイッチ１は、前述
のように基板２に対してほぼ平行に接触電極１０が信号
線３に接触又は開離する構造になっているため、粘着を
助長する摺動を回避できる。また、粘着係数の低いロジ
ウム、ルテニウム、金コバルト等を接触電極１０の材料
として用いることで、粘着力を最小限に抑える構造とも
なっている。

【００２５】図４は、マイクロマシンスイッチ１におけ
る動作特性を示すグラフである。以下、マイクロマシン
スイッチ１の動作特性を決定する要因について、図１乃
至図４に基づき説明する。

【００２６】図４では、本発明の電極間における静電気
力と、両持ちばね６Ｌ，６Ｒによる復元力及び絶縁性部
材８のばねによる復元力との、マッチングが示されてい
る。また、実際には、静電気力は基板２に近づく方向
に、ばね復元力は基板２から遠ざかる方向に働くが、図
４では便宜上これらを同一極性として扱っている。更
に、図４において、横軸はばね系の変位量（電極間の空
間ギャップ変化量）を、縦軸は静電気力及びばね復元力
の絶対値を示す。

【００２７】前述のように、接触電極１０が信号線３に
接触した後に、電極間が接触する構造となっている。そ
のため、図４のばねスチフネスの変極点Ａは、接触電極
１０が信号線３に接触した状態を示す。つまり、ばね変
位Ｘの区間０≦Ｘ≦ｄｃでは、ばねのスチフネスは２組
の両持ちばね６Ｌ，６Ｒの合成スチフネスδを表し、ば
ね変位Ｘの区間ｄｃ≦Ｘ≦ｄｏでは、ばねのスチフネス
は２組の両持ちばね６Ｌ，６Ｒと絶縁性部材８によるば
ねとの合成スチフネスβを表し、最大ばね変位量Ｘｍａ
ｘは電極間の初期空間ギャップ（Ｘｍａｘ＝ｄｏ）を表
すこととなる。

【００２８】このような形態となっているばね系に対し
て、上部電極７Ｌ，７Ｒと下部電極間４Ｌ，４Ｒとに電
圧を印加して静電気力を発生させると、所定の電圧で、
静電気力がばねによる復元力を全変位領域（０≦Ｘ≦ｄ
ｏ）にわたって上回る（α）。このような状態となる印
加電圧が動作電圧である。このとき、上部電極７Ｌ，７
Ｒは下部電極４Ｌ，４Ｒに完全に吸着するため、絶縁性
部材８の下面に設けられた接触電極１０も信号線３に接
触することとなり、信号線３が導通する。

【００２９】逆に、上部電極７Ｌ，７Ｒと下部電極４
Ｌ，４Ｒとに印加する電圧を徐々に低下させていくと、
ばね変位Ｘの区間ｄｃ≦Ｘ≦ｄｏにわたって、ばねによ
る復元力が静電気力を上回る（γ）。このような状態と
なる印加電圧が復旧電圧であり、このとき上部電極７
Ｌ，７Ｒは下部電極４Ｌ，４Ｒから開離する。そのた
め、接触電極１０と信号線３とが非接触となることによ
り、信号線３が非導通となる。

【００３０】また、本実施形態においては、信頼性の高
い接触形態を作り出すため、次のような配慮がなされて
いる。動作時において、接触電極１０が信号線３に接触
しても、上部電極７Ｌ，７Ｒが下部電極４Ｌ，４Ｒに接
触しないため、接触抵抗を良好に保つ接点接触力が供給
できない現象（不完全吸引）が知られている。この現象
を防止するため、ばね変位区間０≦Ｘ≦ｄｃにおける静
電気力とばね復元力との最小の差分力は、ばね変位区間
ｄｃ≦Ｘ≦ｄｏにおける同じ静電気力とばね復元力との
最小の差分力よりも小さく設計されている。そのため、
ばね変位区間０≦Ｘ≦ｄｃの全領域で静電気力がばね復
元力を上回れば、接触電極１０が信号線３に接触し、上
部電極７Ｌ，７Ｒも下部電極４Ｌ，４Ｒに完全に吸引さ
れ、所定の接点接触力を得ることができる。

【００３１】また、復旧時に、上部電極７Ｌ，７Ｒが下
部電極４Ｌ，４Ｒから開離しても、接触電極１０が信号
線３から開離しない現象（不完全復旧）が知られてい
る。この現象を防止するため、ばね変位Ｘ＝ｄｏで、静
電気力がばね復元力を下回るように設計されている。そ
のため、ばね変位区間０≦Ｘ≦ｄｏのほぼ全領域につい
て静電気力はばね復元力を下回るので、上部電極７Ｌ，
７Ｒが下部電極４Ｌ，４Ｒから開離すれば、接触電極１
０も信号線３から開離する。

【００３２】このようにマイクロマシンスイッチ１の動
作特性を決定する要因は、静電気力とばね復元力との形
態である。これらは各々幅広い値を持たせることができ
るので、市場からの要求に合致した設計が可能である。

【００３３】図５乃至図７は、マイクロマシンスイッチ
１の製造方法を示す断面図である。以下、この図面に基
づき説明する。

【００３４】まず、シリコン基板１１に二酸化シリコン
膜１２ａからなるパターンを作製して、ＴＭＡＨなどの
エッチング液を用いてシリコン基板１１を約９［μｍ］
ほどエッチングする（図５［１］）。続いて、二酸化シ
リコン膜１２ａを除去して二酸化シリコン膜１２ｂを形
成し、このパターンをマスクにして、マスクの存在しな
い領域にボロンを拡散することにより、支持台５Ｌ，５
Ｒ、上部電極７Ｌ，７Ｒ及び補強板９のパターンを作製
する（図５［２］）。ボロンの深い拡散を行うため、例
えば１１５０［℃］で１０時間ほど熱拡散を実施する。
このとき、高濃度のボロンが約１０［μｍ］の深さまで
拡散される。

【００３５】続いて、二酸化シリコン膜１２ｂの一部を
除去し、残った二酸化シリコン膜１２ｃのパターンをマ
スクにして、マスクの存在しない領域にボロンを拡散す
ることにより、両持ちばね６Ｌ，６Ｒのパターンを作製
する（図６［３］）。今度はボロンの浅い拡散を行うた
めに、例えば１１５０［℃］で２時間ほど熱拡散を実施
する。このとき高濃度のボロンが約２［μｍ］の深さま
で拡散される。続いて、中間層を１．３［μｍ］の二酸
化シリコン膜１２ｄ、その上下層を０．０３［μｍ］の
窒化膜１２ｅとした、絶縁性部材８のパターンを作製す
る（図６［４］）。

【００３６】続いて、接触電極１０を形成する部分以外
の箇所にレジスト１３を塗布し、メッキ又はスパッタ法
を用いて接触電極１０を作製する（図７［５］）。続い
て、このようにして作製されたシリコン基板１１を、金
パターンが作製されたガラス基板２に接着する。このと
き、シリコン基板１１とガラス基板２との静電接着技術
を利用することができる。最後に、エチレンジアミンピ
ロカテコールなどのボロン濃度選択性の大きなエッチン
グ液に互いに接着しているシリコン基板１１及びガラス
基板２を入れて、ボロンが拡散された領域以外のシリコ
ン基板１１を溶かす（図７［６］）。

【００３７】以上述べた製造方法は、スイッチ構造体を
ガラス基板２の上に作製する方法である。もし、基板２
がセラミックス又はガリウム砒素などであれば、接着剤
を用いてシリコン基板１１と基板２とを接着することが
可能である。又は、基板２の表面にガラスを２〜５［μ
ｍ］程度スパッタしておくと、静電接着技術を用いるこ
とが可能である。

【００３８】この製造方法は、シリコン基板１１をエッ
チングすることによって、両持ちばね６Ｌ，６Ｒ等の主
要部分を作製した。このようなエッチング方法では、材
料として単結晶体を利用することができるために、機械
特性として最も信頼性の高い構造体を作製することがで
きる。一方、ここに述べた方法以外にも、例えば前述し
た特開平９−１７３００号公報で述べられているような
プロセスを用いて、信号線３を作製した基板２の上に種
々の薄膜を堆積して選択エッチングを利用することによ
り、マイクロマシンスイッチ１を作製することが可能で
ある。

【００３９】マイクロマシンスイッチ１の典型的な寸法
値及び特性について述べる。無論、これらは例であっ
て、これらに限定するものではない。両持ちばね６Ｌ，
６Ｒは、長さが８０〜９０［μｍ］、幅が２０〜３０
［μｍ］、厚さが１〜５［μｍ］である。絶縁性部材８
は、長さが４０〜１００［μｍ］、幅が１００〜６５０
［μｍ］、厚さが１〜３［μｍ］である。上部電極７
Ｌ，７Ｒと下部電極４Ｌ，４Ｒとは、対向する面積の長
さが３００〜６００［μｍ］、幅が８００〜９００［μ
ｍ］であり、それらの空間ギャップが５〜１０［μｍ］
である。接触電極１０と信号線３との空間ギャップは、
３〜１０［μｍ］である。信号線３の幅は１００〜２０
０［μｍ］であり、厚さは１〜５［μｍ］である。この
ような寸法値にて作製したサンプルの電気的特性値測定
を行ったところ、２０〜４０［Ｖ］程度で動作し、１５
〜３０［Ｖ］で復旧することが確認できた。また、大気
中での測定にもかかわらず、２００［μｓ］以内で動作
し、１００［μｓ］以内で復旧することも確認できた。
また、１億回までサンプルを動作させたところ、両持ち
ばね７Ｌ，７Ｒや絶縁性部材８の機械的損傷も無いこと
も確認された。

【００４０】図８は、本発明に係るマイクロマシンスイ
ッチの第二実施形態を示す平面図である。この図面にお
いて、マイクロマシンスイッチ１ａ，１ｂの各構成要素
については、図１のマイクロマシンスイッチ１と同じで
あるので図１を参照することとし、それぞれの符号を省
略する。以下、図１、図２及び図８に基づき説明する。

【００４１】本実施形態のマイクロマシンスイッチ１ｓ
は、マイクロマシンスイッチ１ａ，１ｂを組み合わせ
て、信号線３ａと信号線３ｂとの導通／非導通、及び信
号線３ａと信号線３ｃとの導通／非導通を制御する。

【００４２】信号線３ａ〜３ｃ、及びマイクロマシンス
イッチ１ａ，１ｂは、一つの基板２上に各々配置されて
いる。信号線３ａ〜３ｃは導電性材質にて作製され、信
号線３ａの端部から所定のギャップを隔てて信号線３
ｂ，３ｃが配置され、各ギャップ位置にマイクロマシン
スイッチ１ａ，１ｂが各々配置されている。信号線３ａ
と信号線３ｂとの間の導通／非導通はマイクロマシンス
イッチ１ａにて制御し、信号線３ａと信号線３ｃとの間
の導通／非導通はマイクロマシンスイッチ１ｂにて制御
する。

【００４３】また、駆動電圧印加箇所を減らし、効率よ
く外部パッケージ（図示せず）と接続できるように、マ
イクロマシンスイッチ１ａ，１ｂのそれぞれにおいて、
上部電極７Ｌ，７Ｒ間及び下部電極４Ｌ，４Ｒ間がワイ
ヤー１４で電気的に接続されている。基板２上には、外
部パッケージとの電気的接続を得るためのパッド１５０
〜１５６が設けられている。パッド１５０は信号線３
ａ、パッド１５１はマイクロマシンスイッチ１ａの下部
電極４Ｌ，４Ｒ、パッド１５２は信号線３ｂ、パッド１
５３はマイクロマシンスイッチ１ａの上部電極７Ｌ，７
Ｒ、パッド１５４はマイクロマシンスイッチ１ｂの下部
電極４Ｌ，４Ｒ、パッド１５５は信号線３ｃ、パッド１
５６はマイクロマシンスイッチ１ｂの上部電極７Ｌ，７
Ｒにそれぞれ導通している。ただし、パッド１５３は、
支持台５Ｒ及び両持ちばね６Ｒを介して上部電極７Ｒと
導通している。パッド１５６も同様である。パッド１５
０〜１５６と外部パッケージ端子とは、ワイヤーでボン
デイングすることにより電気的接続が得られる。

【００４４】図８では、信号線３ａ〜３ｃの配置をＴ分
岐構造としてある。これらの配置は、スイッチ全体の大
きさや伝送線路特性の要求に合致できるよう、幅広くま
た最適に設計することが可能である。また、上記構造
は、図５乃至図７で述べたマイクロマシンスイッチの製
造方法において、製造手順を変更することなく、ガラス
基板２とシリコン基板１１とのパターン変更だけで容易
に作製できる。したがって、マイクロマシンスイッチ１
ｓを多数設けることにより、多数の信号線間の導通／非
導通を制御することも可能である。本発明では、多数個
のマイクロマシンスイッチを一体製造できる利点を利用
することにより、製品を小型化する工夫をすることも可
能である。詳しくは、次の実施形態で説明する

【００４５】図９は、本発明に係るマイクロマシンスイ
ッチの第三実施形態を示す平面図である。この図面にお
いて、マイクロマシンスイッチ１ｃ〜１ｆの各構成要素
については、図１のマイクロマシンスイッチ１と同じで
あるので図１を参照することとし、それぞれの符号を省
略する。また、パッド、ワイヤ等も図８のものと同じ機
能であるので符号を省略する。以下、図１、図２及び図
９に基づき説明する。

【００４６】本実施形態では、マイクロマシンスイッチ
１ｃ〜１ｆの動作を補助する支持台５を共通化してい
る。つまり、隣り合うマイクロマシンスイッチ１ｃ，１
ｄの支持台５を共通化するとともに、隣り合うマイクロ
マシンスイッチ１ｅ，１ｆの支持台５を共通化してい
る。これにより、製品を小型化することと、駆動電圧を
供給する配線数を削減することとが可能となる。

【００４７】この際、個々のマイクロマシンスイッチ１
ｃ〜１ｆの動作制御は、下部電極４Ｌ，４Ｒに印加する
電圧にて行う。上部電極７Ｌ，７Ｒは両持ちばね６Ｌ，
６Ｒを介して支持台５と電気的に接続されているため、
１つの支持台５を接地しておけば全てのマイクロマシン
スイッチ１ｃ〜１ｆの支持台５が接地されることとな
る。したがって、動作させたいマイクロマシンスイッチ
１ｃ〜１ｆの下部電極４Ｌ，４Ｒに電圧を印加／非印加
することによって、そのマイクロマシンスイッチ１ｃ〜
１ｆを動作／復旧させることができる。例えば、マイク
マシンスイッチ１ｃを動作させたい場合は、マイクマシ
ンスイッチ１ｃの下部電極４Ｌ，４Ｒに電圧を印加す
る。このとき、他のマイクロマシンスイッチ１ｄ〜１ｆ
は、駆動電極間に静電気力が働かないため動作しない。

【００４８】図１０は、本発明に係るマイクロマシンス
イッチの第四実施形態を示す平面図である。図１１は、
図１０におけるXI-XI線縦断面図である。図１０におい
て、マイクロマシンスイッチ１ｇ〜１ｊの各構成要素に
ついては、図１のマイクロマシンスイッチ１と同じであ
るので図１を参照することとし、それぞれの符号を省略
する。また、パッド、ワイヤ等も図９のものと同じ機能
であるので符号を省略する。以下、図１、図１０及び図
１１に基づき説明する。

【００４９】高周波信号を伝送するため信号線３ａ〜３
ｃがコプレナーラインの場合、信号線３ａ〜３ｃの両側
の接地部１７と下部電極４Ｌ，４Ｒとを一体化すること
により、下部電極４Ｌ，４Ｒへの電圧供給配線数を省略
できる。このとき、下部電極４Ｌ，４Ｒは接地されてい
るため、マイクロマシンスイッチ１ｇ〜１ｊの駆動は上
部電極７Ｌ，７Ｒに電圧を印加することによって行われ
る。例えば、マイクロマシン１ｇを動作させるために
は、マイクロマシン１ｇの上部電極７Ｌ，７Ｒに両持ち
ばね６Ｌ，６Ｒを介して電気的に接続された支持台５
Ｌ，５Ｒに電圧を印加することによって、マイクロマシ
ンスイッチ１ｇの電極間に静電気力を発生させる。この
とき、他のマイクロマシンスイッチ１ｈ〜１ｊは、下部
電極４Ｌ，４Ｒが接地されているものの、上部電極７
Ｌ，７Ｒに電圧が印加されないため、動作しない。

【００５０】なお、本発明は上記各実施形態に限定され
ず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は
適宜変更され得ることは明らかである。

【００５１】

【発明の効果】本発明に係るマイクロマシンスイッチに
よれば、基板上に設けられた第一及び第二の支持台の間
に、基板から離れた状態で連結された第一の両持ちば
ね、第一の上部電極、接触電極、第二の上部電極及び第
二の両持ちばねと、第一及び第二の上部電極に対向する
第一及び第二の下部電極とを備えたことにより、接触電
極が平行に移動して信号線に接触するので、従来問題と
なっていた接触電極の片当たりや摺動を防止できる。し
たがって、安定した動作特性を実現できる。

【００５２】換言すると、本発明によれば、動作に必要
な静電気力を接触電極について対称にかつ復旧に必要な
ばね復元力を同じく接触電極について対称に発生させる
基本構造とすることによって、信号線に対してほぼ平行
に信号線に接触させることができるので、動作時及び復
旧時における接触電極の片当たりや摺動を防止できる。

【００５３】また、復旧電圧のばらつきや動作障害につ
いても、粘着係数の低いロジウム、ルテニウム、金コバ
ルト等を接触電極に用いることによって、接触部の粘着
を最小限に抑えることができるので、動作特性をより向
上できる。

【００５４】更に、動作電圧は両持ちばねのスチフネス
により、接触部の接触力は絶縁性部材のスチフネスによ
り、各々確保することによって、設計の自由度を広げる
ことができるので、厳しい寸法制限も緩和することがで
きる。

【００５５】更にまた、多数の共通信号線、出力信号線
及びマイクロマシンスイッチを一つの基板に形成するこ
とにより、多信号線間の導通／非導通を制御する装置を
小型かつ安価に提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマイクロマシンスイッチの第一実
施形態を示す平面図である。

【図２】図２［Ａ］は図１におけるＩＡ−ＩＡ線縦断面
図、図２［Ｂ］は図１におけるＩＢ−ＩＢ線縦断面図で
ある。

【図３】図１のマイクロマシンスイッチにおける電圧印
加時を示し、図３［Ａ］は図１におけるＩＡ−ＩＡ線縦
断面図、図３［Ｂ］は図１におけるＩＢ−ＩＢ線縦断面
図である。

【図４】図１のマイクロマシンスイッチにおける動作特
性を示すグラフである。

【図５】図１のマイクロマシンスイッチの製造方法を示
す断面図であり、図５［１］、図５［２］の順に工程が
進行する。

【図６】図１のマイクロマシンスイッチの製造方法を示
す断面図であり、図６［３］、図６［４］の順に工程が
進行する。

【図７】図１のマイクロマシンスイッチの製造方法を示
す断面図であり、図７［５］、図７［６］の順に工程が
進行する。

【図８】本発明に係るマイクロマシンスイッチの第二実
施形態を示す平面図である。

【図９】本発明に係るマイクロマシンスイッチの第三実
施形態を示す平面図である。

【図１０】本発明に係るマイクロマシンスイッチの第四
実施形態を示す平面図である。

【図１１】図１０におけるXI-XI線縦断面図である。

【図１２】従来のマイクロマシンスイッチを示し、図１
２［１］平面図、図１２［２］は図［１］におけるXII-
XII線縦断面図である。

【符号の説明】

１，１ａ〜１ｊ，１ｓ マイクロマシンスイッチ ２ 基板 ３，３ａ，３ｂ，３ｃ 信号線 ４Ｌ，４Ｒ 下部電極 ５，５Ｌ，５Ｒ 支持台 ６Ｌ，６Ｒ 両持ちばね ７Ｌ，７Ｒ 上部電極 １０ 接触電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 義典 岩手県一関市柄貝１番地 東北日本電気 株式会社内 (72)発明者 井手 立身 岩手県一関市柄貝１番地 東北日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平11−250792（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−162713（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−355003（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−273529（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−17300（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−220605（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−36962（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−147721（ＪＰ，Ａ) 特開2000−188049（ＪＰ，Ａ) 特開2000−188050（ＪＰ，Ａ) 特開2000−113792（ＪＰ，Ａ) 特開2001−143595（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−213803（ＪＰ，Ａ) 特表 平８−509093（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01H 59/00

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に設けられた信号線に対して接触
   電極を接触又は開離させることにより、当該信号線の導
   通又は非導通を制御するマイクロマシンスイッチにおい
   て、 前記基板上に互いに離れて設けられた第一及び第二の支
   持台と、 これらの第一及び第二の支持台の間に、前記基板から離
   れた状態かつこの順序で連結された第一の両持ちばね、
   第一の上部電極、絶縁性部材、第二の上部電極及び第二
   の両持ちばねと、 前記第一及び第二の上部電極に対向する位置の前記基板
   上に設けられた第一及び第二の下部電極とを備え、前記第一及び第二の上部電極並びに前記絶縁性部材の間
   において、 前記第一及び第二の上部電極が前記絶縁性部
   材によって電気的に分離されるとともに、当該絶縁性部
   材の前記基板に対向する面に前記接触電極が設けられ、 前記第一及び第二の上部電極と前記第一及び第二の下部
   電極との間に静電気力を発生させることにより、前記信
   号線に前記接触電極を接触させ、 前記第一及び第二の両持ちばねの復元力により前記信号
   線から前記接触電極を開離させせ、前記第一及び第二の上部電極はそれぞれ、前記基板に設
   けられた一つのパッドにワイヤーを介して電気的に接続
   された、 マイクロマシンスイッチ。
2. 【請求項２】 前記第一及び第二の下部電極はそれぞ
   れ、前記基板に設けられた一つのパッドにワイヤーを介
   して電気的に接続された、請求項１ 記載のマイクロマシンスイッチ。
3. 【請求項３】 前記信号線は、前記基板に設けられた接
   地部によって所定幅のスリットを介して囲まれ、 前記接地部と前記下部電極とが電気的に接続された、請求項１又は２ 記載のマイクロマシンスイッチ。
4. 【請求項４】 前記基板がガラスである、請求項１乃至３ のいずれかに記載のマイクロマシンスイ
   ッチ。
5. 【請求項５】 前記基板がシリコンである、請求項１乃至３ のいずれかに記載のマイクロマシンスイ
   ッチ。
6. 【請求項６】 前記接触電極及び前記信号線の少なくと
   も一方の、少なくとも表面がルテニウム、ロジウム又は
   金コバルトからなる、請求項１乃至３ のいずれかに記載のマイクロマシンスイ
   ッチ。
7. 【請求項７】 前記接触電極及び前記信号線の少なくと
   も一方の少なくとも表面がルテニウム、ロジウム又は金
   コバルトからなり、当該表面の下が金からなる、請求項１乃至３ のいずれかに記載のマイクロマシンスイ
   ッチ。
8. 【請求項８】 基板上に設けられた第一及び第二の請求
   項１乃至７のいずれかに記載のマイクロマシンスイッチ
   と、前記基板上に設けられた第一及び第二の信号線並び
   に共通の信号線とを備え、 前記第一のマイクロマシンスイッチは、前記第一の信号
   線と前記共通の信号線との間での導通又は非導通を制御
   し、 前記第二のマイクロマシンスイッチは、前記第二の信号
   線と前記共通の信号線との間での導通又は非導通を制御
   する、 マイクロマシンスイッチ。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれかに記載のマイ
   クロマシンスイッチが一枚の基板上に複数配設された、 マイクロマシンスイッチ。
10. 【請求項１０】 少なくとも一つの前記マイクロマシン
    スイッチの前記支持台が他の前記マイクロマシンスイッ
    チの前記支持台と共通化されている、請求項８又は９ 記載のマイクロマシンスイッチ。
11. 【請求項１１】 前記信号線の両側に、接地された接地
    部が設けられた、請求項１０ 記載のマイクロマシンスイッチ。