JP4140833B2 - 高周波スイッチ、単極双投スイッチ、多極多投スイッチ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波回路に用いられる高周波スイッチおよびそれらを組み合わせた単極双投スイッチと多極多投スイッチとに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波スイッチは、絶縁層を被覆したシリコン基板上に設けられたコプレーナ線路と、コプレーナ線路の平行した２本のグランド層上に設けられたアンカーと、アンカーに両端を支持した金属膜と、コプレーナ線路の信号線上に設けられた誘電体膜とを有している。金属膜と信号線との間の静電引力により、金属膜は誘電体膜に引き寄せられる。信号線と金属膜との間の静電容量は、２０〜５０ｆＦから３〜４ｐＦに変化し、高周波信号はコプレーナ線路を通過しなくなる（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
アイトリイ マイクロウエーブ アンド ガイデッド ウエーブ レターズ（ＩＥＥＥ ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＡＮＤ ＧＵＩＤＥＤ ＷＡＶＥ ＬＥＴＴＥＲＳ）、８巻、 ８号、１９９８年８月、２６９頁
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の高周波スイッチは、絶縁膜上から突起したアンカーと金属膜とを有しているので、高周波スイッチに近接して他の素子を配置したとき、高周波スイッチと他の素子との間で電磁干渉を生じるという問題があった。
さらに、金属膜とアンカーとによりブリッジを形成するので、厚さが厚くなるという問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、近接して配置した高周波スイッチまたは他の素子との間の電磁干渉が少なく、低背高のマイクロ波帯またはミリ波帯用の高周波スイッチを得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の高周波スイッチは、基板に形成されたキャビティの内面に間隔をあけて設けた１対の信号線と、上記１対の信号線と間隔をあけ、上記キャビティの底面、内側面および縁部を覆って両側の上記基板の表面に向かってそれぞれ延びる１対の第１の電極と、上記キャビティの両縁に渡されて上記基板上の上記一対の第１の電極に両側が支持され、上記キャビティ内において撓むことにより上記１対の信号線に近接する近接位置と上記１対の信号線から離間した離間位置との間で撓み可能な弾性を有し、ＰＺＴ、ＳＢＮまたはＢＳＴのいずれかからなる可撓誘電体部材と、上記可撓誘電体部材の裏側に固定され、上記可撓誘電体部材が上記近接位置にあるとき上記１対の信号線間を導通させる導電部材と、上記可撓誘電体部材のおもて側に固定され、上記１対の第１の電極と上記可撓誘電体部材を介してそれぞれ静電結合し、上記可撓誘電体部材を撓ませる吸引力を発生する第２の電極と、を有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の高周波スイッチの斜視図である。図２は、図１の平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ'断面図である。図４は、オフ状態の図２の高周波スイッチのＢ−Ｂ'断面図である。図５は、オン状態の図２の高周波スイッチのＢ−Ｂ’断面図である。なお、図１は、図２の信号線５ａ、５ｂに沿った方向に眺めた斜視図であり、図２の信号線５ａ、５ｂと地導体６ａ、６ｂの図２における左右の部分は省略してある。
【０００８】
この説明では基板としてシリコンを例示しているが、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）などのバルク材、サファイヤ上のシリコン、ガリウムヒ素、アルミナ、ガラス、絶縁体上のシリコンなどを使用することができる。
【０００９】
高周波スイッチは、シリコン基板１の１面をエッチング処理により基板１の厚み方向に彫り込んで底面２ａの面積が開口２ｂの面積より小さい４角錐台の形状をしたキャビティ２と、キャビティ２の底面２および内側面２ｃとシリコン基板１の縁部１ａ、１ｂとを被覆する絶縁膜３と、キャビティ２の底面２ａの絶縁膜３上に信号線間隙４を介して離間した１対の信号線５ａ、５ｂと、キャビティ２の底面２ａおよび内側面２ｃと縁部１ａ、１ｂとに１対の信号線５ａ、５ｂと所望の間隔Ｗを有して形成した地導体６ａ、６ｂとを有している。１対の信号線５ａ、５ｂと地導体６ａ、６ｂとで高周波通信伝送線路としてのコプレーナ線路を構成している。キャビティ２の深さは、２μｍである。信号線５ａ、５ｂの厚みは０．４μｍで、幅は１２０μｍである。信号線５ａと信号線５ｂは、信号線間隔４として５０μｍ離れている。信号線５ａ、５ｂと地導体６ａ、６ｂとの間隔は８０μｍである。これらの値は、例示したものであり、これに限ることではない。
【００１０】
高周波スイッチは、さらに４角錐台のキャビティ２の１対の信号線５ａ、５ｂの延びる方向に直角に相対する辺２ｄ、２ｅに連なる縁部１ａ、１ｂで両端を支持し、キャビティ２の開口２ｂを渡る可撓誘電体部材７と、可撓誘電体部材７のキャビティ２に面した裏面７ａ上に信号線間隙４を跨ることのできる長さの導電部材８と、導電部材８を設けた裏面７ａと反対なおもて面７ｂ上に地導体６ａ、６ｂと一部重畳した駆動電極９ａ、９ｂとを有している。図１では、可撓誘電体部材７は縁部１ａ、１ｂとの関係が分かるように離して図示しているが、実際は接している。可撓誘電体部材７のおもて面７ｂと裏面７ａは、外部から見て見える面をおもてとした。可撓誘電体部材７は、弾性を有しているので、後述する静電引力により、キャビティ２の底面２ａの方向に撓んで１対の信号線５ａ、５ｂに近接する近接位置Ｃと静電引力が働いていないときの１対の信号線５ａ、５ｂと空隙Ｈを介して離間位置Ｓとの間を移動することができる。可撓誘電体部材７は、離間位置Ｓにおいて裏面は基板の表面と同一な面に停止している。しかし、可撓誘電体部材７の裏面は基板表面から凹んでいてもよい。可撓誘電体部材７は、誘電材で作った厚み０．５μｍの膜である。例えば、石英、二酸化シリコン、窒化シリコン、種々の有機ポリマー、ＰＺＴ、ＳＢＮ、ＢＳＴなどを用いることができる。
【００１１】
地導体６ａ、６ｂは第１の電極を、駆動電極９ａ、９ｂは第２の電極をそれぞれ構成している。地導体６ａ、６ｂと、駆動電極９ａ、９ｂとは可撓誘電体部材７によって直流として絶縁している。
【００１２】
次に、この高周波スイッチの動作について説明する。
駆動電極９ａ、９ｂに電圧を印加されていないとき、離間位置Ｓにある可撓誘電体部材７に取り付けられた導電部材８は、縁部１ａ、１ｂとほぼ同じ平面内に支持されている。導電部材８と１対の信号線５ａ、５ｂとは、空隙Ｈだけ離れているので、高周波信号に対して、信号線５ａと信号線５ｂとの間は、直流としても交流としてもほぼオープンになっている。この場合、高周波信号は、信号線５ａから信号線５ｂへと伝播しないので、高周波スイッチはオフ状態になっている。
【００１３】
第１の電極と第２の電極とは可撓誘電体部材７を挟んでコンデンサを構成している。そこで、駆動電極９ａ、９ｂに正の電圧を印加したとき、可撓誘電体部材７は分極されるので、駆動電極９ａ、９ｂの可撓誘電体部材７と接した表面に正電荷が誘起される。同時に、可撓誘電体部材７を介して静電誘導により地導体６ａ、６ｂの可撓誘電体部材７に面した面に負電荷が誘起される。これら駆動電極９ａ、９ｂの正電荷と地導体６ａ、６ｂの負電荷との間に働く静電引力により、可撓誘電体部材７は地導体６ａ、６ｂに引き寄せられて近接位置Ｃに移動する。そのとき、図５に示すように可撓誘電体部材７に取り付けられた導電部材８も同時に地導体６ａ、６ｂ側に引き寄せられ、導電部材８は信号線５ａ、５ｂに接触する。そして、信号線５ａと信号線５ｂとは導電部材８を介して電気的に導通し、信号線５ａに入力された高周波信号は、信号線５ｂへと伝播するので、高周波スイッチはオン状態になっている。
【００１４】
このように高周波スイッチは、駆動電極９ａ、９ｂの電位を電圧印加により制御することにより、信号線５ａ、５ｂと導電部材８との接離を切り換えて信号線５ａから信号線５ｂへの信号伝送のオンオフを制御する高周波スイッチを提供することができる。
【００１５】
このような高周波スイッチは、キャビティの周縁を地導体で覆い、そのキャビティ内に信号線を形成しているので、近接して配置した他の高周波スイッチまたは他の素子からの輻射する電波のキャビティ内への回り込みは少なくなり、電磁干渉を抑制することができる。
【００１６】
さらに、基板の表面より外側に可撓誘電体部材と駆動電極とだけが飛び出ているが、その飛び出した厚みは１μｍ以下であるので、高周波スイッチの厚みは基板の厚みとほぼ同じにすることができる。
さらに、４μｍの厚みの金属膜でアンカーを形成することがないので、通常のプロセスを用いて製造することができ、量産性に優れている。
【００１７】
なお、上述の高周波スイッチにおいて、高周波伝送線路はコプレーナ線路として説明したが、同様な機能を有する構造であれば、高周波伝送線路は、マイクロストリップ線路等を含んだどのような構造でも良い。
【００１８】
さらに、可撓誘電体部材を信号線の延伸方向に対して垂直方向にキャビティの両縁に渡されているが、延伸方向に平行方向に渡しても同様に高周波スイッチを提供することができる。
さらに、１対の信号線は、この実施の形態では直線上に配置したが、接続部を平行して配置しても同様に高周波スイッチを提供することができる。
【００１９】
また、上述の高周波スイッチは、駆動電極に電圧を印加しているが、地導体に電圧を印加して可撓誘電体部材を動作しても良い。
【００２０】
実施の形態２．
上述の実施の形態１の高周波スイッチは、信号線間隙を有する１対の信号線の間を導電部材で接離してオンオフ状態を切り換えているが、この発明の実施の形態２の高周波スイッチは、信号線間隙を有する１対の信号線の間をコンデンサで容量結合してオンオフ状態を切り換える。
【００２１】
図６は、この発明の実施の形態２の高周波スイッチを示す斜視図である。図７は、図６の平面図である。図８は、図７のＡ−Ａ’断面図である。図９は、オフ状態の図７の高周波スイッチのＢ−Ｂ’断面図である。図１０は、オン状態の図７の高周波スイッチのＢ−Ｂ’断面図である。図６の高周波スイッチは、図１の導電部材を可撓誘電体部材の反対の面に設けたことが異なっていて、その他は同様であるので、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、図６は、図７の信号線５ａ、５ｂに沿った方向に眺めた斜視図であり、図７の信号線５ａ、５ｂと地導体６ａ、６ｂの図７における左右の部分は省略してある。
【００２２】
可撓誘電体部材７は、実施の形態１と同様に第１の電極と第２の電極との間の静電引力により１対の信号線５ａ、５ｂと当接する当接位置Ｔと１対の信号線５ａ、５ｂと空隙Ｇを介して離間した離間位置Ｓとの間を移動する。可撓誘電体部材７の当接位置Ｔでは、可撓誘電体部材７は直接１対の信号線５ａ、５ｂと接する。導電部材１０は、可撓誘電体部材７の信号線５ａ、５ｂと当接する面と反対の面に設けられている。
【００２３】
次に、図６の高周波スイッチの動作について説明する。
図６において、動作については図１に示した構成とほぼ同一になるが、１対の信号線５ａ、５ｂと導電部材１０との間に可撓誘電体部材７が介在している。
図１０に示すように、信号線５ａ、５ｂと導電部材１０とは、可撓誘電体部材７の当接位置Ｔにおいて、これらを両極とするコンデンサを構成する。そして、高周波信号は、このコンデンサを通過して信号線５ａから信号線５ｂに伝送されるので、高周波スイッチはオン状態になる。一方、図９に示すように、可撓誘電体部材７の離間位置Ｓにおいて、信号線５ａ、５ｂと導電部材１０との間は空隙Ｇだけ大きく離れているので、信号線５ａと信号線５ｂとの間の静電容量は非常に小さく、高周波におけるインピーダンスは非常に大きい。そこで高周波信号は信号線５ａから信号線５ｂに伝わらないので、高周波スイッチはオフ状態になる。このようにしてオンオフ状態を取りうる高周波スイッチを提供できる。
【００２４】
このような高周波スイッチは、信号線と可撓誘電体部材とを当接しているので、信号線と可撓誘電体部材のそれぞれの接触部の耐久性を向上させることができる。
【００２５】
実施の形態３．
上述の実施の形態１、２では、離間した１対の信号線の間を直接導電部材で直流として導通する、またはコンデンサを形成して交流的に導通することにより、高周波スイッチを構成しているが、次に、連続した信号線を用いた高周波スイッチを説明する。
図１１は、この発明の実施の形態３の高周波スイッチの斜視図である。図１２は、図１１の平面図である。図１１の高周波スイッチにおいて、図１の高周波スイッチの１対の信号線の代わりに連続した１本の信号線を有し、導電部材１１は地導体６ａ、６ｂと接続する。その他は図１と同様であるので、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、図１１は、図１２の信号線５に沿った方向に眺めた斜視図であり、図１２の信号線５と地導体６ａ、６ｂの図１２における左右の部分は省略してある。
【００２６】
次に、図１１の高周波スイッチの動作について説明する。
駆動電極９ａ、９ｂに電圧を印加されていないとき、離間位置Ｓにある可撓誘電体部材７に取り付けられた導電部材１１は、縁部１ａ、１ｂと同じ平面内に支持されている。導電部材１１と信号線５とは、空隙Ｈだけ離れているので、高周波信号に対して、信号線５と地導体６ａ、６ｂとの間は、直流としても交流としてもほぼオープンになっている。この場合、高周波信号は、信号線５を伝播して高周波スイッチの外部に出力される。この時、高周波スイッチはオン状態になっている。
【００２７】
地導体６ａ、６ｂと駆動電極９ａ、９ｂとは可撓誘電体部材７を挟んでコンデンサを構成している。そこで、駆動電極９ａ、９ｂに正の電圧を印加したとき、駆動電極９ａ、９ｂの可撓誘電体部材７と接した表面に正電荷が誘起される。同時に、可撓誘電体部材７を介して静電誘導により地導体６ａ、６ｂの可撓誘電体部材７に面した面に負電荷が誘起される。これら駆動電極９ａ、９ｂの正電荷と地導体６ａ、６ｂの負電荷との間に働く静電引力により、可撓誘電体部材７は地導体６ａ、６ｂに引き寄せられて近接位置Ｃに移動する。そのとき、可撓誘電体部材７に取り付けられた導電部材１１も同時に地導体６ａ、６ｂ側に引き寄せられ、導電部材１１は信号線５に接触する。そして、導電部材１１は信号線５と地導体６ａ、６ｂとの間を電気的に導通するので、信号線５に入力された高周波信号は、地導体６ａ、６ｂへと接地される。このように、信号線５に入力した高周波信号は、高周波スイッチの外部には出力されない。この時、高周波スイッチはオフ状態になる。
【００２８】
このように高周波スイッチは、駆動電極９ａ、９ｂの電位を電圧印加により制御することにより、信号線５と地導体６ａ、６ｂとの接離を切り換えて信号線５の入力出力の間の信号伝送のオンオフを制御することができる。
【００２９】
このような高周波スイッチは、信号線に間隙を設けていないので、伝送損失を低減することができる。
【００３０】
実施の形態４．
上述の実施の形態３の高周波スイッチは、信号線と地導体との間を導電部材で接離してオンオフ状態を切り換えているが、この発明の実施の形態４の高周波スイッチは、信号線と地導体との間を容量結合してオフ状態に切り換える。
図１３は、この発明の実施の形態４の高周波スイッチの斜視図である。図１４は、図１３の平面図である。図１３の高周波スイッチは、図１１の導電部材を可撓誘電体部材の反対の面に設けたことが異なっていて、その他は同様であるので、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、図１３は、図１４の信号線５に沿った方向に眺めた斜視図であり、図１４の信号線５と地導体６ａ、６ｂの図１４における左右の部分は省略してある。
【００３１】
可撓誘電体部材７は、実施の形態３と同様に地導体６ａ、６ｂと駆動電極９ａ、９ｂとの間の静電引力により、信号線と当接する当接位置Ｔと信号線と空隙Ｇを介して離間した離間位置Ｓとの間を移動する。導電部材１２は、可撓誘電体部材７の信号線５と当接する面と反対の面に設けられている。
【００３２】
次に、図１３の高周波スイッチの動作について説明する。
信号線５と導電部材１２とは、可撓誘電体部材７の当接位置Ｔにおいて、これらを両極とするコンデンサを構成する。そして、高周波信号は、このコンデンサを通過して信号線５から地導体６ａ、６ｂに接地されるので、高周波スイッチはオフ状態になる。一方、可撓誘電体部材７の離間位置Ｓにおいて、信号線５と導電部材１２との間は空隙Ｇだけ大きく離れているので、信号線５と地導体６ａ、６ｂとの間の静電容量は非常に小さいので高周波に対して非常に大きなインピーダンスを示す。そして高周波信号は信号線５をそのまま伝送されるので、高周波スイッチはオン状態となる。このようにしてオンオフ状態を取りうる高周波スイッチを提供することができる。
【００３３】
このような高周波スイッチは、挿入損失が少ないとともに、信号線と可撓誘電体部材とが接触する構造としたので、信号線と可撓誘電体部材のそれぞれの接触部の耐久性を向上させることができる。
【００３４】
実施の形態５．
図１５は、この発明の実施の形態５の高周波スイッチの図４と同様なＢ−Ｂ’断面図である。図１５の高周波スイッチは、図１の導電部材と異なっており、その他は同様であるので、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
導電部材８は、信号線５ａ、５ｂに対向する面に突起部１３を有している。
【００３５】
導電部材８は、凸型の突起部１３を有しているので、可撓誘電体部材７の近接位置Ｃにおいて、導電部材８と信号線５ａ、５ｂとの接触を均一にすることができる。なお、この実施の形態５では、実施の形態１に示した高周波スイッチに適用した例について説明したが、実施の形態３に示した構成に適用してもよく、同様な効果を得ることができる。
【００３６】
このような高周波スイッチは、実施の形態１の高周波スイッチがオン状態でも、実施の形態３の高周波スイッチがオフ状態でも、導電部材と信号線との接触を均一にすることができる。
【００３７】
実施の形態６．
図１６は、この発明の実施の形態６の高周波スイッチの斜視図である。図１７は、図１６のＢ−Ｂ’断面図である。図１６の高周波スイッチは、図１の信号線の間隙に地導体６ａ、６ｂをつなぐ連絡部１４を有していて、その他は同様であるので、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、図１６ではキャビティの手前と奥の側面からそれぞれ手前側と奥側の高周波スイッチの図示は省略している。
図１６において、地導体の連絡部１４は地導体６ａ、６ｂと同一の導電性材料から成り、信号線５ａ、５ｂの間隙部を通って地導体６ａと６ｂとを導通している。
【００３８】
信号線５ａと信号線５ｂとの間に、地導体６ａ、６ｂと同電位の連絡部１４を設けることにより、スイッチがオフ状態におけるアイソレーションを向上させることができる。すなわち、導電部材８と地導体の連絡部１４との間はコンデンサと見なすことができ、スイッチがオフ状態の時に信号線５ａに入力された高周波信号はコンデンサを介してグランドに流れる。
【００３９】
このような高周波スイッチは、スイッチがオフ状態におけるアイソレーションを向上させることができる。
【００４０】
なお。この実施の形態６では、実施の形態１に示した高周波スイッチに適用した例について説明したが、実施の形態２、５に示した高周波スイッチに適用してもよく、同様な効果を奏することができる。
【００４１】
実施の形態７．
図１８は、この発明の実施の形態７の高周波スイッチの可撓誘電体部材の平面図である。（ａ）は可撓誘電体部材の平面図であり、（ｂ）は、可撓誘電体部材のＡ−Ａ’断面図である。図１８の可撓誘電体部材は、図１の可撓誘電体部材７の一部にヒンジ部１５を設けたことが異なっていて、図１と同一または相当する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００４２】
次に、図１８の可撓誘電体部材を用いた高周波スイッチの動作について説明する。
可撓誘電体部材７の一部の形状を細くすることにより、可撓誘電体部材７のばね定数を小さくしている。駆動電極９ａ、９ｂを地導体６ａ、６ａ側に引き寄せるために必要な電圧の大きさは、一般にばね定数の平方根に比例するので、駆動電圧を低減することができる。
【００４３】
なお、この実施の形態７では、実施の形態１に示した構成に適用した例について説明したが、実施の形態２から実施の形態６に示した構成に適用してもよく、同様な効果を奏することができる。
なお、可撓誘電体部材の幅を一部狭くしたヒンジ部について説明したが、厚みを薄くしても良いし、駆動電極の幅を一部狭くしても同様な効果が得られる。
【００４４】
このような高周波スイッチは、可撓誘電体部材を地導体４側に引き寄せるために要する電圧の大きさを低減できる。
【００４５】
実施の形態８．
図１９は、この発明の実施の形態８による高周波スイッチの斜視図である。図２０は、図１９のＢ−Ｂ’断面図である。図１９の高周波スイッチは、信号線５ａと信号線５ｂとの間隙にトレンチ１６を有している。トレンチ１６は、基板１および絶縁膜３を掘り込むように形成している。その他は図１と同一であり、同一な構成は、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、図１９ではキャビティの手前と奥の側面からそれぞれ手前側と奥側の高周波スイッチの図示は省略している。
【００４６】
次に、図１９の高周波スイッチの動作について説明する。
信号線５ａ、５ｂの間隙に、基板１および絶縁膜３を掘り込むようにトレンチ１６を形成することによって、ダンピング効果を低減することができる。すなわち、空気の抜け道を設けることにより、可撓誘電体部材７が変位するスピードを速めることができる。
また、スイッチがオフ状態の時のアイソレーションを向上させることができる。すなわち、信号線５ａに入力された高周波信号は、基板１を介して信号線５ｂに伝播するのを抑制することができる。
なお、この実施の形態８では、実施の形態１に示した構成に適用した例について説明したが、実施の形態３、５、６に示した構成に適用してもよく、同様な効果を奏することができる。
【００４７】
このような高周波スイッチは、可撓誘電体部材が変位するスピードを速めることができると共に、スイッチがオフ状態の時のアイソレーションを向上させることができる。
【００４８】
実施の形態９．
図２１は、この発明の実施の形態９の高周波スイッチを備えた単極双投スイッチを示す回路図である。単極双投スイッチは、高周波信号入力端子１７と、高周波信号出力端子１８ａ、１８ｂと、高周波信号伝送線路１９ａ、１９ｂと、図１の高周波スイッチ２０ａ、２０ｂとである。高周波信号伝送線路１９ａ、１９ｂの線路長は、所要中心周波数にて１／４波長とする。
【００４９】
次に、この単極双投スイッチの動作について説明する。
高周波スイッチ２０ａがオン状態かつ高周波スイッチ２０ｂがオフ状態の場合、高周波信号伝送線路１９ａを介して、高周波信号入力端子１７から高周波信号伝送線路１９ａ側はオープン状態となる。したがって、高周波信号入力端子１７から入力された高周波信号は、高周波信号出力端子１８ａに出力される。
【００５０】
一方、高周波スイッチ２０ｂがオン状態かつ高周波スイッチ２０ａがオフ状態の場合、高周波信号伝送線路１９ｂを介して、高周波信号入力端子１７から高周波信号伝送線路１９ｂ側はオープン状態となる。したがって、高周波信号入力端子１７から入力された高周波信号は、高周波信号出力端子１８ｂに出力される。
【００５１】
以上のように、実施の形態１から実施の形態８で示す高周波スイッチを組み合わせることによって、単極双投スイッチを構成することができる。
【００５２】
なお、図２１においては、単極双投スイッチに限って説明したが、上記実施の形態１から実施の形態８で示す高周波スイッチを組み合わせることによって、図２２に示すような２極双投スイッチを構成しても良い。同様にして、それぞれの高周波信号入力端子１７ａ、１７ｂにそれぞれ高周波伝送線路とスイッチを追加することにより、２極多投スイッチを得ることができる。さらに、高周波信号を増加することにより、多極多投スイッチを得ることができる。
【００５３】
【発明の効果】
この発明の高周波スイッチの効果は、基板に形成されたキャビティの内面に間隔をあけて設けた１対の信号線と、上記１対の信号線と間隔をあけ、上記キャビティの底面、内側面および縁部を覆って両側の上記基板の表面に向かってそれぞれ延びる１対の第１の電極と、上記キャビティの両縁に渡されて上記基板上の上記一対の第１の電極に両側が支持され、上記キャビティ内において撓むことにより上記１対の信号線に近接する近接位置と上記１対の信号線から離間した離間位置との間で撓み可能な弾性を有し、ＰＺＴ、ＳＢＮまたはＢＳＴのいずれかからなる可撓誘電体部材と、上記可撓誘電体部材の裏側に固定され、上記可撓誘電体部材が上記近接位置にあるとき上記１対の信号線間を導通させる導電部材と、上記可撓誘電体部材のおもて側に固定され、上記１対の第１の電極と上記可撓誘電体部材を介してそれぞれ静電結合し、上記可撓誘電体部材を撓ませる吸引力を発生する第２の電極と、を有するので、基板の上面から突起する部材がなく、近接して配置した他の高周波スイッチまたは他の素子との間の電磁干渉は小さい。また、突起する部材が存在しないので、厚みの薄い高周波スイッチが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の高周波スイッチの斜視図である。
【図２】 図１の平面図である。
【図３】 図２のＡ−Ａ'断面図である。
【図４】 オフ状態の図２の高周波スイッチのＢ−Ｂ'断面図である。
【図５】 オン状態の図２の高周波スイッチのＢ−Ｂ’断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態２の高周波スイッチを示す斜視図である。
【図７】 図６の平面図である。
【図８】 図７のＡ−Ａ’断面図である。
【図９】 オフ状態の図７の高周波スイッチのＢ−Ｂ’断面図である。
【図１０】 オン状態の図７の高周波スイッチのＢ−Ｂ’断面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態３の高周波スイッチの斜視図である。
【図１２】 図１１の平面図である。
【図１３】 この発明の実施の形態４の高周波スイッチの斜視図である。
【図１４】 図１３の平面図である。
【図１５】 この発明の実施の形態５の高周波スイッチの図４と同様なＢ−Ｂ’断面図である。
【図１６】 この発明の実施の形態６の高周波スイッチの斜視図である。
【図１７】 図１６のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１８】 この発明の実施の形態７の高周波スイッチの可撓誘電体部材の平面図である。
【図１９】 この発明の実施の形態８の高周波スイッチを示す斜視図である。
【図２０】 図１９のＢ−Ｂ’断面図である。
【図２１】 この発明の実施の形態９の単極双投スイッチを示す回路図である。
【図２２】 この発明の実施の形態９の多極多投スイッチを示す回路図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板、１ａ、１ｂ （シリコン基板のキャビティの）縁部、２ キャビティ、２ａ （キャビティの底面）、２ｂ （キャビティの）開口、２ｃ（キャビティの）内側面、２ｄ、２ｅ （キャビティの）辺、３ 絶縁膜、４信号線間隙、５、５ａ、５ｂ 信号線、６ａ、６ａ 地導体、７ 可撓誘電体部材、８、１０、１１、１２ 導電部材、９ａ、９ｂ 駆動電極、１３ （導電部材の）突起部、１４ 連絡部、１５ ヒンジ部、１６ トレンチ、１７、１７ａ、１７ｂ 高周波信号入力端子、１８ａ、１８ｂ 高周波信号出力端子、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ 高周波信号伝送線路、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 高周波スイッチ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波回路に用いられる高周波スイッチおよびそれらを組み合わせた単極双投スイッチと多極多投スイッチとに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波スイッチは、絶縁層を被覆したシリコン基板上に設けられたコプレーナ線路と、コプレーナ線路の平行した２本のグランド層上に設けられたアンカーと、アンカーに両端を支持した金属膜と、コプレーナ線路の信号線上に設けられた誘電体膜とを有している。金属膜と信号線との間の静電引力により、金属膜は誘電体膜に引き寄せられる。信号線と金属膜との間の静電容量は、２０〜５０ｆＦから３〜４ｐＦに変化し、高周波信号はコプレーナ線路を通過しなくなる（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
アイトリイ マイクロウエーブ アンド ガイデッド ウエーブ レターズ（ＩＥＥＥ ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＡＮＤ ＧＵＩＤＥＤ ＷＡＶＥ ＬＥＴＴＥＲＳ）、８巻、 ８号、１９９８年８月、２６９頁
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の高周波スイッチは、絶縁膜上から突起したアンカーと金属膜とを有しているので、高周波スイッチに近接して他の素子を配置したとき、高周波スイッチと他の素子との間で電磁干渉を生じるという問題があった。
さらに、金属膜とアンカーとによりブリッジを形成するので、厚さが厚くなるという問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、近接して配置した高周波スイッチまたは他の素子との間の電磁干渉が少なく、低背高のマイクロ波帯またはミリ波帯用の高周波スイッチを得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の高周波スイッチは、基板に形成されたキャビティの内面に間隔をあけて設けた１対の信号線と、上記１対の信号線と間隔をあけ、上記キャビティの底面、内側面および縁部を覆って両側の上記基板の表面に向かってそれぞれ延びる１対の第１の電極と、上記キャビティの両縁に渡されて上記基板上の上記一対の第１の電極に両側が支持され、上記キャビティ内において撓むことにより上記１対の信号線に近接する近接位置と上記１対の信号線から離間した離間位置との間で撓み可能な弾性を有し、ＰＺＴ、ＳＢＮまたはＢＳＴのいずれかからなる可撓誘電体部材と、上記可撓誘電体部材の裏側に固定され、上記可撓誘電体部材が上記近接位置にあるとき上記１対の信号線間を導通させる導電部材と、上記可撓誘電体部材のおもて側に固定され、上記１対の第１の電極と上記可撓誘電体部材を介してそれぞれ静電結合し、上記可撓誘電体部材を撓ませる吸引力を発生する第２の電極と、を有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の高周波スイッチの斜視図である。図２は、図１の平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ'断面図である。図４は、オフ状態の図２の高周波スイッチのＢ−Ｂ'断面図である。図５は、オン状態の図２の高周波スイッチのＢ−Ｂ’断面図である。なお、図１は、図２の信号線５ａ、５ｂに沿った方向に眺めた斜視図であり、図２の信号線５ａ、５ｂと地導体６ａ、６ｂの図２における左右の部分は省略してある。
【０００８】
この説明では基板としてシリコンを例示しているが、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）などのバルク材、サファイヤ上のシリコン、ガリウムヒ素、アルミナ、ガラス、絶縁体上のシリコンなどを使用することができる。
【０００９】
高周波スイッチは、シリコン基板１の１面をエッチング処理により基板１の厚み方向に彫り込んで底面２ａの面積が開口２ｂの面積より小さい４角錐台の形状をしたキャビティ２と、キャビティ２の底面２および内側面２ｃとシリコン基板１の縁部１ａ、１ｂとを被覆する絶縁膜３と、キャビティ２の底面２ａの絶縁膜３上に信号線間隙４を介して離間した１対の信号線５ａ、５ｂと、キャビティ２の底面２ａおよび内側面２ｃと縁部１ａ、１ｂとに１対の信号線５ａ、５ｂと所望の間隔Ｗを有して形成した地導体６ａ、６ｂとを有している。１対の信号線５ａ、５ｂと地導体６ａ、６ｂとで高周波通信伝送線路としてのコプレーナ線路を構成している。キャビティ２の深さは、２μｍである。信号線５ａ、５ｂの厚みは０．４μｍで、幅は１２０μｍである。信号線５ａと信号線５ｂは、信号線間隔４として５０μｍ離れている。信号線５ａ、５ｂと地導体６ａ、６ｂとの間隔は８０μｍである。これらの値は、例示したものであり、これに限ることではない。
【００１０】
高周波スイッチは、さらに４角錐台のキャビティ２の１対の信号線５ａ、５ｂの延びる方向に直角に相対する辺２ｄ、２ｅに連なる縁部１ａ、１ｂで両端を支持し、キャビティ２の開口２ｂを渡る可撓誘電体部材７と、可撓誘電体部材７のキャビティ２に面した裏面７ａ上に信号線間隙４を跨ることのできる長さの導電部材８と、導電部材８を設けた裏面７ａと反対なおもて面７ｂ上に地導体６ａ、６ｂと一部重畳した駆動電極９ａ、９ｂとを有している。図１では、可撓誘電体部材７は縁部１ａ、１ｂとの関係が分かるように離して図示しているが、実際は接している。可撓誘電体部材７のおもて面７ｂと裏面７ａは、外部から見て見える面をおもてとした。可撓誘電体部材７は、弾性を有しているので、後述する静電引力により、キャビティ２の底面２ａの方向に撓んで１対の信号線５ａ、５ｂに近接する近接位置Ｃと静電引力が働いていないときの１対の信号線５ａ、５ｂと空隙Ｈを介して離間位置Ｓとの間を移動することができる。可撓誘電体部材７は、離間位置Ｓにおいて裏面は基板の表面と同一な面に停止している。しかし、可撓誘電体部材７の裏面は基板表面から凹んでいてもよい。可撓誘電体部材７は、誘電材で作った厚み０．５μｍの膜である。例えば、石英、二酸化シリコン、窒化シリコン、種々の有機ポリマー、ＰＺＴ、ＳＢＮ、ＢＳＴなどを用いることができる。
【００１１】
地導体６ａ、６ｂは第１の電極を、駆動電極９ａ、９ｂは第２の電極をそれぞれ構成している。地導体６ａ、６ｂと、駆動電極９ａ、９ｂとは可撓誘電体部材７によって直流として絶縁している。
【００１２】
次に、この高周波スイッチの動作について説明する。
駆動電極９ａ、９ｂに電圧を印加されていないとき、離間位置Ｓにある可撓誘電体部材７に取り付けられた導電部材８は、縁部１ａ、１ｂとほぼ同じ平面内に支持されている。導電部材８と１対の信号線５ａ、５ｂとは、空隙Ｈだけ離れているので、高周波信号に対して、信号線５ａと信号線５ｂとの間は、直流としても交流としてもほぼオープンになっている。この場合、高周波信号は、信号線５ａから信号線５ｂへと伝播しないので、高周波スイッチはオフ状態になっている。
【００１３】
第１の電極と第２の電極とは可撓誘電体部材７を挟んでコンデンサを構成している。そこで、駆動電極９ａ、９ｂに正の電圧を印加したとき、可撓誘電体部材７は分極されるので、駆動電極９ａ、９ｂの可撓誘電体部材７と接した表面に正電荷が誘起される。同時に、可撓誘電体部材７を介して静電誘導により地導体６ａ、６ｂの可撓誘電体部材７に面した面に負電荷が誘起される。これら駆動電極９ａ、９ｂの正電荷と地導体６ａ、６ｂの負電荷との間に働く静電引力により、可撓誘電体部材７は地導体６ａ、６ｂに引き寄せられて近接位置Ｃに移動する。そのとき、図５に示すように可撓誘電体部材７に取り付けられた導電部材８も同時に地導体６ａ、６ｂ側に引き寄せられ、導電部材８は信号線５ａ、５ｂに接触する。そして、信号線５ａと信号線５ｂとは導電部材８を介して電気的に導通し、信号線５ａに入力された高周波信号は、信号線５ｂへと伝播するので、高周波スイッチはオン状態になっている。
【００１４】
このように高周波スイッチは、駆動電極９ａ、９ｂの電位を電圧印加により制御することにより、信号線５ａ、５ｂと導電部材８との接離を切り換えて信号線５ａから信号線５ｂへの信号伝送のオンオフを制御する高周波スイッチを提供することができる。
【００１５】
このような高周波スイッチは、キャビティの周縁を地導体で覆い、そのキャビティ内に信号線を形成しているので、近接して配置した他の高周波スイッチまたは他の素子からの輻射する電波のキャビティ内への回り込みは少なくなり、電磁干渉を抑制することができる。
【００１６】
さらに、基板の表面より外側に可撓誘電体部材と駆動電極とだけが飛び出ているが、その飛び出した厚みは１μｍ以下であるので、高周波スイッチの厚みは基板の厚みとほぼ同じにすることができる。
さらに、４μｍの厚みの金属膜でアンカーを形成することがないので、通常のプロセスを用いて製造することができ、量産性に優れている。
【００１７】
なお、上述の高周波スイッチにおいて、高周波伝送線路はコプレーナ線路として説明したが、同様な機能を有する構造であれば、高周波伝送線路は、マイクロストリップ線路等を含んだどのような構造でも良い。
【００１８】
さらに、可撓誘電体部材を信号線の延伸方向に対して垂直方向にキャビティの両縁に渡されているが、延伸方向に平行方向に渡しても同様に高周波スイッチを提供することができる。
さらに、１対の信号線は、この実施の形態では直線上に配置したが、接続部を平行して配置しても同様に高周波スイッチを提供することができる。
【００１９】
また、上述の高周波スイッチは、駆動電極に電圧を印加しているが、地導体に電圧を印加して可撓誘電体部材を動作しても良い。
【００２０】
実施の形態２．
上述の実施の形態１の高周波スイッチは、信号線間隙を有する１対の信号線の間を導電部材で接離してオンオフ状態を切り換えているが、この発明の実施の形態２の高周波スイッチは、信号線間隙を有する１対の信号線の間をコンデンサで容量結合してオンオフ状態を切り換える。
【００２１】
図６は、この発明の実施の形態２の高周波スイッチを示す斜視図である。図７は、図６の平面図である。図８は、図７のＡ−Ａ’断面図である。図９は、オフ状態の図７の高周波スイッチのＢ−Ｂ’断面図である。図１０は、オン状態の図７の高周波スイッチのＢ−Ｂ’断面図である。図６の高周波スイッチは、図１の導電部材を可撓誘電体部材の反対の面に設けたことが異なっていて、その他は同様であるので、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、図６は、図７の信号線５ａ、５ｂに沿った方向に眺めた斜視図であり、図７の信号線５ａ、５ｂと地導体６ａ、６ｂの図７における左右の部分は省略してある。
【００２２】
可撓誘電体部材７は、実施の形態１と同様に第１の電極と第２の電極との間の静電引力により１対の信号線５ａ、５ｂと当接する当接位置Ｔと１対の信号線５ａ、５ｂと空隙Ｇを介して離間した離間位置Ｓとの間を移動する。可撓誘電体部材７の当接位置Ｔでは、可撓誘電体部材７は直接１対の信号線５ａ、５ｂと接する。導電部材１０は、可撓誘電体部材７の信号線５ａ、５ｂと当接する面と反対の面に設けられている。
【００２３】
次に、図６の高周波スイッチの動作について説明する。
図６において、動作については図１に示した構成とほぼ同一になるが、１対の信号線５ａ、５ｂと導電部材１０との間に可撓誘電体部材７が介在している。
図１０に示すように、信号線５ａ、５ｂと導電部材１０とは、可撓誘電体部材７の当接位置Ｔにおいて、これらを両極とするコンデンサを構成する。そして、高周波信号は、このコンデンサを通過して信号線５ａから信号線５ｂに伝送されるので、高周波スイッチはオン状態になる。一方、図９に示すように、可撓誘電体部材７の離間位置Ｓにおいて、信号線５ａ、５ｂと導電部材１０との間は空隙Ｇだけ大きく離れているので、信号線５ａと信号線５ｂとの間の静電容量は非常に小さく、高周波におけるインピーダンスは非常に大きい。そこで高周波信号は信号線５ａから信号線５ｂに伝わらないので、高周波スイッチはオフ状態になる。このようにしてオンオフ状態を取りうる高周波スイッチを提供できる。
【００２４】
このような高周波スイッチは、信号線と可撓誘電体部材とを当接しているので、信号線と可撓誘電体部材のそれぞれの接触部の耐久性を向上させることができる。
【００２５】
実施の形態３．
上述の実施の形態１、２では、離間した１対の信号線の間を直接導電部材で直流として導通する、またはコンデンサを形成して交流的に導通することにより、高周波スイッチを構成しているが、次に、連続した信号線を用いた高周波スイッチを説明する。
図１１は、この発明の実施の形態３の高周波スイッチの斜視図である。図１２は、図１１の平面図である。図１１の高周波スイッチにおいて、図１の高周波スイッチの１対の信号線の代わりに連続した１本の信号線を有し、導電部材１１は地導体６ａ、６ｂと接続する。その他は図１と同様であるので、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、図１１は、図１２の信号線５に沿った方向に眺めた斜視図であり、図１２の信号線５と地導体６ａ、６ｂの図１２における左右の部分は省略してある。
【００２６】
次に、図１１の高周波スイッチの動作について説明する。
駆動電極９ａ、９ｂに電圧を印加されていないとき、離間位置Ｓにある可撓誘電体部材７に取り付けられた導電部材１１は、縁部１ａ、１ｂと同じ平面内に支持されている。導電部材１１と信号線５とは、空隙Ｈだけ離れているので、高周波信号に対して、信号線５と地導体６ａ、６ｂとの間は、直流としても交流としてもほぼオープンになっている。この場合、高周波信号は、信号線５を伝播して高周波スイッチの外部に出力される。この時、高周波スイッチはオン状態になっている。
【００２７】
地導体６ａ、６ｂと駆動電極９ａ、９ｂとは可撓誘電体部材７を挟んでコンデンサを構成している。そこで、駆動電極９ａ、９ｂに正の電圧を印加したとき、駆動電極９ａ、９ｂの可撓誘電体部材７と接した表面に正電荷が誘起される。同時に、可撓誘電体部材７を介して静電誘導により地導体６ａ、６ｂの可撓誘電体部材７に面した面に負電荷が誘起される。これら駆動電極９ａ、９ｂの正電荷と地導体６ａ、６ｂの負電荷との間に働く静電引力により、可撓誘電体部材７は地導体６ａ、６ｂに引き寄せられて近接位置Ｃに移動する。そのとき、可撓誘電体部材７に取り付けられた導電部材１１も同時に地導体６ａ、６ｂ側に引き寄せられ、導電部材１１は信号線５に接触する。そして、導電部材１１は信号線５と地導体６ａ、６ｂとの間を電気的に導通するので、信号線５に入力された高周波信号は、地導体６ａ、６ｂへと接地される。このように、信号線５に入力した高周波信号は、高周波スイッチの外部には出力されない。この時、高周波スイッチはオフ状態になる。
【００２８】
このように高周波スイッチは、駆動電極９ａ、９ｂの電位を電圧印加により制御することにより、信号線５と地導体６ａ、６ｂとの接離を切り換えて信号線５の入力出力の間の信号伝送のオンオフを制御することができる。
【００２９】
このような高周波スイッチは、信号線に間隙を設けていないので、伝送損失を低減することができる。
【００３０】
実施の形態４．
上述の実施の形態３の高周波スイッチは、信号線と地導体との間を導電部材で接離してオンオフ状態を切り換えているが、この発明の実施の形態４の高周波スイッチは、信号線と地導体との間を容量結合してオフ状態に切り換える。
図１３は、この発明の実施の形態４の高周波スイッチの斜視図である。図１４は、図１３の平面図である。図１３の高周波スイッチは、図１１の導電部材を可撓誘電体部材の反対の面に設けたことが異なっていて、その他は同様であるので、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、図１３は、図１４の信号線５に沿った方向に眺めた斜視図であり、図１４の信号線５と地導体６ａ、６ｂの図１４における左右の部分は省略してある。
【００３１】
可撓誘電体部材７は、実施の形態３と同様に地導体６ａ、６ｂと駆動電極９ａ、９ｂとの間の静電引力により、信号線と当接する当接位置Ｔと信号線と空隙Ｇを介して離間した離間位置Ｓとの間を移動する。導電部材１２は、可撓誘電体部材７の信号線５と当接する面と反対の面に設けられている。
【００３２】
次に、図１３の高周波スイッチの動作について説明する。
信号線５と導電部材１２とは、可撓誘電体部材７の当接位置Ｔにおいて、これらを両極とするコンデンサを構成する。そして、高周波信号は、このコンデンサを通過して信号線５から地導体６ａ、６ｂに接地されるので、高周波スイッチはオフ状態になる。一方、可撓誘電体部材７の離間位置Ｓにおいて、信号線５と導電部材１２との間は空隙Ｇだけ大きく離れているので、信号線５と地導体６ａ、６ｂとの間の静電容量は非常に小さいので高周波に対して非常に大きなインピーダンスを示す。そして高周波信号は信号線５をそのまま伝送されるので、高周波スイッチはオン状態となる。このようにしてオンオフ状態を取りうる高周波スイッチを提供することができる。
【００３３】
このような高周波スイッチは、挿入損失が少ないとともに、信号線と可撓誘電体部材とが接触する構造としたので、信号線と可撓誘電体部材のそれぞれの接触部の耐久性を向上させることができる。
【００３４】
実施の形態５．
図１５は、この発明の実施の形態５の高周波スイッチの図４と同様なＢ−Ｂ’断面図である。図１５の高周波スイッチは、図１の導電部材と異なっており、その他は同様であるので、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
導電部材８は、信号線５ａ、５ｂに対向する面に突起部１３を有している。
【００３５】
導電部材８は、凸型の突起部１３を有しているので、可撓誘電体部材７の近接位置Ｃにおいて、導電部材８と信号線５ａ、５ｂとの接触を均一にすることができる。なお、この実施の形態５では、実施の形態１に示した高周波スイッチに適用した例について説明したが、実施の形態３に示した構成に適用してもよく、同様な効果を得ることができる。
【００３６】
このような高周波スイッチは、実施の形態１の高周波スイッチがオン状態でも、実施の形態３の高周波スイッチがオフ状態でも、導電部材と信号線との接触を均一にすることができる。
【００３７】
実施の形態６．
図１６は、この発明の実施の形態６の高周波スイッチの斜視図である。図１７は、図１６のＢ−Ｂ’断面図である。図１６の高周波スイッチは、図１の信号線の間隙に地導体６ａ、６ｂをつなぐ連絡部１４を有していて、その他は同様であるので、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、図１６ではキャビティの手前と奥の側面からそれぞれ手前側と奥側の高周波スイッチの図示は省略している。
図１６において、地導体の連絡部１４は地導体６ａ、６ｂと同一の導電性材料から成り、信号線５ａ、５ｂの間隙部を通って地導体６ａと６ｂとを導通している。
【００３８】
信号線５ａと信号線５ｂとの間に、地導体６ａ、６ｂと同電位の連絡部１４を設けることにより、スイッチがオフ状態におけるアイソレーションを向上させることができる。すなわち、導電部材８と地導体の連絡部１４との間はコンデンサと見なすことができ、スイッチがオフ状態の時に信号線５ａに入力された高周波信号はコンデンサを介してグランドに流れる。
【００３９】
このような高周波スイッチは、スイッチがオフ状態におけるアイソレーションを向上させることができる。
【００４０】
なお。この実施の形態６では、実施の形態１に示した高周波スイッチに適用した例について説明したが、実施の形態２、５に示した高周波スイッチに適用してもよく、同様な効果を奏することができる。
【００４１】
実施の形態７．
図１８は、この発明の実施の形態７の高周波スイッチの可撓誘電体部材の平面図である。（ａ）は可撓誘電体部材の平面図であり、（ｂ）は、可撓誘電体部材のＡ−Ａ’断面図である。図１８の可撓誘電体部材は、図１の可撓誘電体部材７の一部にヒンジ部１５を設けたことが異なっていて、図１と同一または相当する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００４２】
次に、図１８の可撓誘電体部材を用いた高周波スイッチの動作について説明する。
可撓誘電体部材７の一部の形状を細くすることにより、可撓誘電体部材７のばね定数を小さくしている。駆動電極９ａ、９ｂを地導体６ａ、６ａ側に引き寄せるために必要な電圧の大きさは、一般にばね定数の平方根に比例するので、駆動電圧を低減することができる。
【００４３】
なお、この実施の形態７では、実施の形態１に示した構成に適用した例について説明したが、実施の形態２から実施の形態６に示した構成に適用してもよく、同様な効果を奏することができる。
なお、可撓誘電体部材の幅を一部狭くしたヒンジ部について説明したが、厚みを薄くしても良いし、駆動電極の幅を一部狭くしても同様な効果が得られる。
【００４４】
このような高周波スイッチは、可撓誘電体部材を地導体４側に引き寄せるために要する電圧の大きさを低減できる。
【００４５】
実施の形態８．
図１９は、この発明の実施の形態８による高周波スイッチの斜視図である。図２０は、図１９のＢ−Ｂ’断面図である。図１９の高周波スイッチは、信号線５ａと信号線５ｂとの間隙にトレンチ１６を有している。トレンチ１６は、基板１および絶縁膜３を掘り込むように形成している。その他は図１と同一であり、同一な構成は、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、図１９ではキャビティの手前と奥の側面からそれぞれ手前側と奥側の高周波スイッチの図示は省略している。
【００４６】
次に、図１９の高周波スイッチの動作について説明する。
信号線５ａ、５ｂの間隙に、基板１および絶縁膜３を掘り込むようにトレンチ１６を形成することによって、ダンピング効果を低減することができる。すなわち、空気の抜け道を設けることにより、可撓誘電体部材７が変位するスピードを速めることができる。
また、スイッチがオフ状態の時のアイソレーションを向上させることができる。すなわち、信号線５ａに入力された高周波信号は、基板１を介して信号線５ｂに伝播するのを抑制することができる。
なお、この実施の形態８では、実施の形態１に示した構成に適用した例について説明したが、実施の形態３、５、６に示した構成に適用してもよく、同様な効果を奏することができる。
【００４７】
このような高周波スイッチは、可撓誘電体部材が変位するスピードを速めることができると共に、スイッチがオフ状態の時のアイソレーションを向上させることができる。
【００４８】
実施の形態９．
図２１は、この発明の実施の形態９の高周波スイッチを備えた単極双投スイッチを示す回路図である。単極双投スイッチは、高周波信号入力端子１７と、高周波信号出力端子１８ａ、１８ｂと、高周波信号伝送線路１９ａ、１９ｂと、図１の高周波スイッチ２０ａ、２０ｂとである。高周波信号伝送線路１９ａ、１９ｂの線路長は、所要中心周波数にて１／４波長とする。
【００４９】
次に、この単極双投スイッチの動作について説明する。
高周波スイッチ２０ａがオン状態かつ高周波スイッチ２０ｂがオフ状態の場合、高周波信号伝送線路１９ａを介して、高周波信号入力端子１７から高周波信号伝送線路１９ａ側はオープン状態となる。したがって、高周波信号入力端子１７から入力された高周波信号は、高周波信号出力端子１８ａに出力される。
【００５０】
一方、高周波スイッチ２０ｂがオン状態かつ高周波スイッチ２０ａがオフ状態の場合、高周波信号伝送線路１９ｂを介して、高周波信号入力端子１７から高周波信号伝送線路１９ｂ側はオープン状態となる。したがって、高周波信号入力端子１７から入力された高周波信号は、高周波信号出力端子１８ｂに出力される。
【００５１】
以上のように、実施の形態１から実施の形態８で示す高周波スイッチを組み合わせることによって、単極双投スイッチを構成することができる。
【００５２】
なお、図２１においては、単極双投スイッチに限って説明したが、上記実施の形態１から実施の形態８で示す高周波スイッチを組み合わせることによって、図２２に示すような２極双投スイッチを構成しても良い。同様にして、それぞれの高周波信号入力端子１７ａ、１７ｂにそれぞれ高周波伝送線路とスイッチを追加することにより、２極多投スイッチを得ることができる。さらに、高周波信号を増加することにより、多極多投スイッチを得ることができる。
【００５３】
【発明の効果】
この発明の高周波スイッチの効果は、基板に形成されたキャビティの内面に間隔をあけて設けた１対の信号線と、上記１対の信号線と間隔をあけ、上記キャビティの底面、内側面および縁部を覆って両側の上記基板の表面に向かってそれぞれ延びる１対の第１の電極と、上記キャビティの両縁に渡されて上記基板上の上記一対の第１の電極に両側が支持され、上記キャビティ内において撓むことにより上記１対の信号線に近接する近接位置と上記１対の信号線から離間した離間位置との間で撓み可能な弾性を有し、ＰＺＴ、ＳＢＮまたはＢＳＴのいずれかからなる可撓誘電体部材と、上記可撓誘電体部材の裏側に固定され、上記可撓誘電体部材が上記近接位置にあるとき上記１対の信号線間を導通させる導電部材と、上記可撓誘電体部材のおもて側に固定され、上記１対の第１の電極と上記可撓誘電体部材を介してそれぞれ静電結合し、上記可撓誘電体部材を撓ませる吸引力を発生する第２の電極と、を有するので、基板の上面から突起する部材がなく、近接して配置した他の高周波スイッチまたは他の素子との間の電磁干渉は小さい。また、突起する部材が存在しないので、厚みの薄い高周波スイッチが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の高周波スイッチの斜視図である。
【図２】 図１の平面図である。
【図３】 図２のＡ−Ａ'断面図である。
【図４】 オフ状態の図２の高周波スイッチのＢ−Ｂ'断面図である。
【図５】 オン状態の図２の高周波スイッチのＢ−Ｂ’断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態２の高周波スイッチを示す斜視図である。
【図７】 図６の平面図である。
【図８】 図７のＡ−Ａ’断面図である。
【図９】 オフ状態の図７の高周波スイッチのＢ−Ｂ’断面図である。
【図１０】 オン状態の図７の高周波スイッチのＢ−Ｂ’断面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態３の高周波スイッチの斜視図である。
【図１２】 図１１の平面図である。
【図１３】 この発明の実施の形態４の高周波スイッチの斜視図である。
【図１４】 図１３の平面図である。
【図１５】 この発明の実施の形態５の高周波スイッチの図４と同様なＢ−Ｂ’断面図である。
【図１６】 この発明の実施の形態６の高周波スイッチの斜視図である。
【図１７】 図１６のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１８】 この発明の実施の形態７の高周波スイッチの可撓誘電体部材の平面図である。
【図１９】 この発明の実施の形態８の高周波スイッチを示す斜視図である。
【図２０】 図１９のＢ−Ｂ’断面図である。
【図２１】 この発明の実施の形態９の単極双投スイッチを示す回路図である。
【図２２】 この発明の実施の形態９の多極多投スイッチを示す回路図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板、１ａ、１ｂ （シリコン基板のキャビティの）縁部、２ キャビティ、２ａ （キャビティの底面）、２ｂ （キャビティの）開口、２ｃ（キャビティの）内側面、２ｄ、２ｅ （キャビティの）辺、３ 絶縁膜、４信号線間隙、５、５ａ、５ｂ 信号線、６ａ、６ａ 地導体、７ 可撓誘電体部材、８、１０、１１、１２ 導電部材、９ａ、９ｂ 駆動電極、１３ （導電部材の）突起部、１４ 連絡部、１５ ヒンジ部、１６ トレンチ、１７、１７ａ、１７ｂ 高周波信号入力端子、１８ａ、１８ｂ 高周波信号出力端子、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ 高周波信号伝送線路、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 高周波スイッチ。
Claims (10)
- 基板に形成されたキャビティの内面に間隔をあけて設けた１対の信号線と、
上記１対の信号線と間隔をあけ、上記キャビティの底面、内側面および縁部を覆って両側の上記基板の表面に向かってそれぞれ延びる１対の第１の電極と、
上記キャビティの両縁に渡されて上記基板上の上記一対の第１の電極に両側が支持され、上記キャビティ内において撓むことにより上記１対の信号線に近接する近接位置と上記１対の信号線から離間した離間位置との間で撓み可能な弾性を有し、ＰＺＴ、ＳＢＮまたはＢＳＴのいずれかからなる可撓誘電体部材と、
上記可撓誘電体部材の裏側に固定され、上記可撓誘電体部材が上記近接位置にあるとき上記１対の信号線間を導通させる導電部材と、
上記可撓誘電体部材のおもて側に固定され、上記１対の第１の電極と上記可撓誘電体部材を介してそれぞれ静電結合し、上記可撓誘電体部材を撓ませる吸引力を発生する第２の電極と、
を有することを特徴とする高周波スイッチ。 - 基板に形成されたキャビティの内面に間隔をあけて設けた１対の信号線と、
上記１対の信号線と間隔をあけ、上記キャビティの底面、内側面および縁部を覆って両側の上記基板の表面に向かってそれぞれ延びる１対の第１の電極と、
上記キャビティの両縁に渡されて上記基板上の上記一対の第１の電極に両側が支持され、上記キャビティ内において撓むことにより上記１対の信号線に当接する当接位置と上記１対の信号線から離間した離間位置との間で撓み可能な弾性を有し、ＰＺＴ、ＳＢＮまたはＢＳＴのいずれかからなる可撓誘電体部材と、
上記可撓誘電体部材のおもて側に固定され、上記可撓誘電体部材が上記当接位置にあるとき上記１対の信号線間を誘電結合する導電部材と、
上記可撓誘電体部材のおもて側に固定され、上記１対の第１の電極と上記可撓誘電体部材を介してそれぞれ静電結合し、上記可撓誘電体部材を撓ませる吸引力を発生する第２の電極と、
を有することを特徴とする高周波スイッチ。 - 基板に形成されたキャビティの内面に設けた信号線と、
上記１対の信号線と間隔をあけ、上記キャビティの底面、内側面および縁部を覆って両側の上記基板の表面に向かってそれぞれ延びる１対の第１の電極と、
上記キャビティの両縁に渡されて上記基板上の上記一対の第１の電極に両側が支持され、上記キャビティ内において撓むことにより上記信号線に近接する近接位置と上記信号線から離間した離間位置との間で撓み可能な弾性を有し、ＰＺＴ、ＳＢＮまたはＢＳＴのいずれかからなる可撓誘電体部材と、
上記可撓誘電体部材の裏側に固定され、上記可撓誘電体部材が上記近接位置にあるとき上記信号線と上記第１の電極との間を導通させる導電部材と、
上記可撓誘電体部材のおもて側に固定され、上記１対の第１の電極と上記可撓誘電体部材を介してそれぞれ静電結合し、上記可撓誘電体部材を撓ませる吸引力を発生する第２の電極と、
を有することを特徴とする高周波スイッチ。 - 基板に形成されたキャビティの内面に設けた信号線と、
上記１対の信号線と間隔をあけ、上記キャビティの底面、内側面および縁部を覆って両側の上記基板の表面に向かってそれぞれ延びる１対の第１の電極と、
上記キャビティの両縁に渡されて上記基板上の上記一対の第１の電極に両側が支持され、上記キャビティ内において撓むことにより上記信号線に当接する当接位置と上記信号線から離間した離間位置との間で撓み可能な弾性を有し、ＰＺＴ、ＳＢＮまたはＢＳＴのいずれかからなる可撓誘電体部材と、
上記可撓誘電体部材のおもて側に固定され、上記可撓誘電体部材が上記当接位置にあるとき上記信号線と上記第１の電極との間を誘電結合する導電部材と、
上記可撓誘電体部材のおもて側に固定され、上記１対の第１の電極と上記可撓誘電体部材を介してそれぞれ静電結合し、上記可撓誘電体部材を撓ませる吸引力を発生する第２の電極と、
を有することを特徴とする高周波スイッチ。 - 上記導電部材は、突起を有することを特徴とする請求項１または３に記載の高周波スイッチ。
- 上記１対の信号線の間に、上記１対の第１の電極を接続する連絡部を有したことを特徴とする請求項１または２に記載の高周波スイッチ。
- 上記１対の信号線の間に、基板を彫り込んだトレンチを介在したことを特徴とする請求項１または２に記載の高周波スイッチ。
- 上記可撓誘電体部材は、ヒンジ部を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の高周波スイッチ。
- 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の高周波スイッチを組み合わせて構成したことを特徴とする単極双投スイッチ。
- 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の高周波スイッチを組み合わせて構成したことを特徴とする多極多投スイッチ。
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