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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6705351
(24)【登録日】2020年5月18日
(45)【発行日】2020年6月3日
(54)【発明の名称】ＭＥＭＳスイッチ及び電子機器
(51)【国際特許分類】
H01H 57/00 20060101AFI20200525BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20200525BHJP
【ＦＩ】
H01H57/00 C
B81B3/00
【請求項の数】7
【全頁数】23
(21)【出願番号】特願2016-191951(P2016-191951)
(22)【出願日】2016年9月29日
(65)【公開番号】特開2018-56001(P2018-56001A)
(43)【公開日】2018年4月5日
【審査請求日】2019年6月11日
(73)【特許権者】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100124062
【弁理士】
【氏名又は名称】三上 敬史
(72)【発明者】
【氏名】秋山 承太郎
【審査官】
内田 勝久
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許出願公開第２０１１／０１８１１５０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２０１０−１７７１４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
韓国公開特許第１０−２０１０−００８１６８６（ＫＲ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｈ ５１／００ 〜 ５９／００
Ｂ８１Ｂ １／００ 〜 ７／０４
Ｂ８１Ｃ １／００ 〜 ９９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧電素子により、変位可能な第１端子と、
前記第１端子に対向し、前記第１端子と導通可能な位置に配置された第２端子と、
前記第１及び第２端子の一方に設けられた接触端子と、
前記第１端子の移動速度を減衰させるダンパー要素と、
を備え、
前記ダンパー要素は、
前記第１端子に固定された第１薄膜領域と、
前記第１薄膜領域の移動方向の延長線上に位置する第２薄膜領域と、
前記第１薄膜領域と前記第２薄膜領域との間に介在する気体と、
を備え、
平面視において、前記ダンパー要素は、前記圧電素子及び前記接触端子の双方から離れる方向に広がっている、
ことを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
前記第１端子に対向し、前記第１端子と導通可能な位置に配置された第２端子と、
前記第１及び第２端子の一方に設けられた接触端子と、
前記第１端子の移動速度を減衰させるダンパー要素と、
を備え、
前記ダンパー要素は、
前記第１端子に固定された第１薄膜領域と、
前記第１薄膜領域の移動方向の延長線上に位置する第２薄膜領域と、
前記第１薄膜領域と前記第２薄膜領域との間に介在する気体と、
を備え、
平面視において、前記ダンパー要素は、前記圧電素子及び前記接触端子の双方から離れる方向に広がっている、
ことを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
【請求項2】
前記第１薄膜領域と、前記第２薄膜領域との間の最短距離を制限するストッパーを、前記第１及び第２薄膜領域の少なくともいずれか一方に設けたことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項3】
前記ダンパー要素は、前記気体を誘電体とするキャパシタを構成しており、前記キャパシタを構成する一対の電極間には、電圧を印加可能な配線が接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項4】
前記キャパシタを構成する一方の前記電極は、前記接触端子とは電気的に絶縁されており、他方の前記電極は、グランド電位に固定されることを特徴とする請求項３に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項5】
前記第２薄膜領域は、バネ性を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項6】
前記ダンパー要素の面積は、圧電素子の平面視における面積の３０〜１００％であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項7】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳスイッチと、
信号入力素子と、
前記信号入力素子に前記ＭＥＭＳスイッチを介して接続された信号処理素子と、
を備えることを特徴とする電子機器。
信号入力素子と、
前記信号入力素子に前記ＭＥＭＳスイッチを介して接続された信号処理素子と、
を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＭＥＭＳスイッチ及び電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来からスイッチング装置として電気式微小機械装置（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ：ＭＥＭＳ）を用いたものが知られている。このようなスイッチング装置では、圧電素子からなる駆動素子と、駆動素子によって変形する可撓性部材からなるビーム（梁）と、ビームに取り付けられた接触端子を用いて、信号線間の接続及び切断を行っている。
【0003】
このようなオーミック接触式の高周波（ＲＦ）ＭＥＭＳスイッチは、機械的なスイッチであるため、ＯＦＦ時においては可動接点が、対向する端子から完全に離間し、リーク電流も流れないため、高品質なスイッチングを行うことができる。このようなＭＥＭＳスイッチにおいては、消費電力を低減する観点から、駆動電圧の低下が期待されている。一方、ＭＥＭＳスイッチにおいて、以下の不具合がある。
【0004】
すなわち、可動接点が、安定して接触したＯＮ状態になるまでに、時間がかかる。これは、可動接点が、これに対向する端子に当接する際、バウンドするからである。このバウンド時間を短縮するためには、駆動電圧を増加させることが有効である（特許文献１、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】欧州特許第１７０５６７６号明細書
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅ Ｐａｖａｇｅａｕ、 Ｏｌｉｖｉｅｒ Ｍｉｌｌｅｔ、 Ａｒｉｅｌ Ｃａｏ著、「Ａｎ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｏｆ ＲＦ−ＭＥＭＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉ−ｂａｎｄ Ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ Ｈａｎｄｓｅｔｓ」、ＤｅｌｆＭＥＭＳ Ｗｈｉｔｅ ｐａｐｅｒ、２０１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、駆動電圧を増加させると、消費電力が増加するという不具合がある。
【0008】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、消費電力を低減しつつ、安定したＯＮ状態になるまでの期間を短縮可能なＭＥＭＳスイッチ及びこれを用いた電子機器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】
上述の課題を解決するため、第１のＭＥＭＳスイッチは、圧電素子により、変位可能な第１端子と、前記第１端子に対向し、前記第１端子と導通可能な位置に配置された第２端子と、前記第１及び第２端子の一方に設けられた接触端子と、前記第１端子の移動速度を減衰させるダンパー要素と、を備え、前記ダンパー要素は、前記第１端子に固定された第１薄膜領域と、前記第１薄膜領域の移動方向の延長線上に位置する第２薄膜領域と、前記第１薄膜領域と前記第２薄膜領域との間に介在する気体と、を備え、平面視において、前記ダンパー要素は、前記圧電素子及び前記接触端子の双方から離れる方向に広がっていることを特徴とする。
【0010】
このＭＥＭＳスイッチは、第１端子に固定されたダンパー要素を備えているので、圧電素子を駆動して第１端子を変位させる場合に、第１及び第２薄膜領域間に気体を備えたダンパー要素が機能し、当該気体の運動が抵抗となって、接触端子と第２端子とが接触する際に生じるバウンドを抑制することができる。すなわち、ダンパー要素は、圧電素子及び接触端子の双方から離れる方向に広がっているので、スイッチＯＮ時において、気体を圧縮する際の反作用が、第１薄膜領域にかかる。第１薄膜領域は、第１端子に固定されているので、第１端子の移動速度を減衰させることができる。かかる構造により、圧電素子に印加する駆動電圧を大きく増加させないでも、接触端子のバウンドを抑制することができるため、安定したＯＮ状態になるまでの期間を短縮することができる。
【0011】
第２のＭＥＭＳスイッチにおいては、前記第１薄膜領域と、前記第２薄膜領域との間の最短距離を制限するストッパーを、前記第１及び第２薄膜領域の少なくともいずれか一方に設けたことを特徴とする。
【0012】
ストッパーがある場合、第１薄膜領域及び第２薄膜領域が導電体であった場合においても、これらがショートしないため、設計の自由度が高くなる。特に、第１薄膜領域及び第２薄膜領域を導電体とすると、上記に加えて、静電容量を用いた駆動力制御を行う構成も可能となる。また、ストッパーを用いることで、タンパー要素のストローク制御ができるため、ＯＦＦにする際のスイッチング速度を増加させることができる。また、ストッパーにより、ダンパー要素を構成する第１薄膜領域と第２薄膜領域の接触による固着も抑制することができる。
【0013】
第３のＭＥＭＳスイッチにおいては、前記ダンパー要素は、前記気体を誘電体とするキャパシタを構成しており、前記キャパシタを構成する一対の電極間には、電圧を印加可能な配線が接続されていることを特徴とする。
【0014】
この場合、ダンパー要素を構成するキャパシタの電極間に電圧を印加することで、キャパシタの静電容量を用いた駆動力制御を行うことができる。ダンパー要素は、第１端子に固定されているため、キャパシタの電極間距離を調整することで、接触端子に力を与えることができるからである。これらの電極は、上述の第１及び第２薄膜領域から構成することもできる。
【0015】
第４のＭＥＭＳスイッチは、前記キャパシタを構成する一方の前記電極は、前記接触端子とは電気的に絶縁されており、他方の前記電極は、グランド電位に固定されることを特徴とする。この場合、グランド電位に固定された他方の電極により、接触端子近傍の電位の揺らぎを抑制することができる。
【0016】
第５のＭＥＭＳスイッチは、前記第２薄膜領域は、バネ性を有することを特徴とする。ダンパー要素を有する第２薄膜領域がバネ性を有することで、撓むことができると、ダンパー要素の減衰機能を増加させることができる。
【0017】
第６のＭＥＭＳスイッチは、前記ダンパー要素の面積は、圧電素子の平面視における面積の３０〜１００％であることを特徴とする。この場合、十分にダンバー要素の減衰機能を発揮することができる。
【0018】
電子機器は、上述のいずれかＭＥＭＳスイッチと、信号入力素子と、前記信号入力素子に前記ＭＥＭＳスイッチを介して接続された信号処理素子とを備えることを特徴とする。この電子機器は、ＭＥＭＳスイッチが消費電力を低減しつつ、安定したＯＮ状態になるまでの期間を短縮することができるので、低消費電力で高速のスイッチングが可能となる。
【発明の効果】
【0019】
このＭＥＭＳスイッチによれば、消費電力を低減しつつ、安定したＯＮ状態になるまでの期間を短縮することができ、これを用いた電子機器は、低消費電力で高速のスイッチングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】ＭＥＭＳスイッチの概略構成を説明するブロック図である。
【図2】圧電駆動素子の構成について説明する概略断面図である。
【図3】ＭＥＭＳスイッチにおける接点部材の機能について説明する概略断面図である。
【図4】ＭＥＭＳスイッチの斜視図である。
【図7】ダンパー要素を含む駆動部の平面図である。
【図16】本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチが適用される電子機器の一例の概略構成図である。
【図17】シリーズ・シャントスイッチ化されたＭＥＭＳスイッチの機能を示す模式図である。
【図18】シリーズ・シャントスイッチ化されたＭＥＭＳスイッチにおける基板の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【0022】
図１は、ＭＥＭＳスイッチ１００の概略構成を示す図である。
【0023】
ＭＥＭＳスイッチ１００は、所謂高周波スイッチ（ＲＦスイッチ）の１つであり、圧電アクチュエータによって機械的にスイッチングを行う装置である。
【0024】
図１に示すように、ＭＥＭＳスイッチ１００は、第１駆動部ＳＰ１と、第１信号線１４と、接触端子１５と、第１グランド（第１ＧＮＤ）１６と、第２駆動部ＳＰ２と、第２信号線２４と、第２グランド（第２ＧＮＤ）２６と、を含んで構成される。第１駆動部ＳＰ１は、第１駆動素子１１と、第１駆動回路１２と、第１ビーム１３（梁）とを含んで構成される。また、第２駆動部ＳＰ２は、第２駆動素子２１と、第２駆動回路２２と、第２ビーム２３（梁）とを含んで構成される。また、ＭＥＭＳスイッチ１００を構成する上述の要素は、例えば筐体等の固定部材ＰＫによって覆われた状態とされる。なお、第１駆動素子１１及び第２駆動素子２１は、圧電素子（圧電駆動素子）である。なお、固定部材の材料としては、Ｓｉなどを用いることもできる。
【0025】
第１信号線１４及び第２信号線２４はそれぞれＣｕ等の導体から構成される。また、接触端子１５は、例えばＡｕやＲｕ等の導体から構成される。ＭＥＭＳスイッチ１００では、外部からの入力信号を第１信号線１４及び第２信号線２４を介して導き、第２信号線２４から出力信号として外部へ出力する。第１信号線１４と第２信号線２４との間は、接触端子１５により接続及び切断が切り換えられる。
【0026】
接触端子１５が、第１信号線１４に固定されている場合は、接触端子１５が第２信号線２４に対して接触することで、第１信号線１４と第２信号線２４との間が電気的に接続（ＯＮ）され、接触端子１５が第２信号線２４から離間することで、第１信号線１４と第２信号線２４との間が電気的に切断（ＯＦＦ）される。接触端子１５は、第１信号線１４ではなく、第２信号線２４に固定することもできる。
【0027】
なお、第１信号線１４と第１ＧＮＤ１６とは、電磁気学的な影響が生じる程度に近接配置されており、所定の特性インピーダンスを有する高周波線路が形成される。また、第２信号線２４と第２ＧＮＤ２６とは、電磁気学的な影響が生じる程度に近接配置されており、所定の特性インピーダンスを有する高周波用の高周波線路が形成される。第１ＧＮＤ１６と、第２ＧＮＤ２６とは、電気的に接続されており、同電位に固定されていることが好ましい。これらのグランドは、第１信号線１４と第２信号線２４と共に高周波線路、例えばコプレーナ導波路（ＣＰＷ：Ｃｏｐｌａｎａｒ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）を構成する。なお、第１信号線１４と第１ＧＮＤ１６との間には容量Ｃ１が介在し、第２信号線２４と第２ＧＮＤ２６との間には容量Ｃ２が介在する。
【0028】
接触端子１５による第１信号線１４と第２信号線２４との間の接続及び切断の切り替えは、第１信号線１４、接触端子１５及び第２信号線２４のうちの一部の物理的な移動によって行われる。第１駆動部ＳＰ１は、第１駆動素子１１によって、第１ビーム１３を変形させ、第１信号線１４に接触端子１５が固定されている場合には、これら双方を移動させる機能を有している。
【0029】
第２駆動部ＳＰ２は、第２駆動素子２１によって、第２ビーム２３を変形させることができるので、第２ビーム２３に固定された第２信号線２４は、必要に応じて、接触端子１５の方向へ移動したり、離間することができる。なお、第２ビーム２３を変形する必要が無い場合には、第２駆動素子２１には第２駆動回路２２から駆動信号は与えられず、第２ビーム２３の変形が不要である場合は、第２駆動回路２２は無くてもよい。
【0030】
第１駆動部ＳＰ１では、制御回路ＣＯＮＴからの信号に基づいて第１駆動回路１２からの電圧印加により、第１駆動素子１１が変形する。第１ビーム１３（第１可撓性部材１３）は、可撓性を有する部材により構成され第１駆動素子１１の変形に伴って変形する。
【0031】
同様に、第２駆動部ＳＰ２では、制御回路ＣＯＮＴからの信号に基づいて第２駆動回路２２からの電圧印加により、第２駆動素子２１が変形する。第２ビーム２３（第２可撓性部材２３）は、可撓性を有する部材により構成され第２駆動素子２１の変形に伴って変形する。
【0032】
図２は、圧電駆動素子の構成について説明する概略断面図である。
【0033】
以下では、ＸＹＺ三次元直交座標系を設定する。図１に示した第１ビーム１３の厚み方向をＺ軸方向とし、長手方向をＸ軸方向として、Ｚ軸及びＸ軸の双方に垂直な幅方向をＹ軸方向とする。
【0034】
図２に示すように、第１駆動部ＳＰ１の第１駆動素子１１は、Ｐｔ等の下部電極層１１ａ、圧電体材料層１１ｂ、及びＰｔなどの上部電極層１１ｃをＺ方向に積層配置した構成を有する。この第１駆動素子１１の下部電極層１１ａと上部電極層１１ｃとの間に所定の電圧を印加することにより、圧電体材料層１１ｂの厚さが増加し、面内寸法が減少する（面内方向では縮む）。圧電体の分極と、同一の方向に正の直流電圧を印加すると圧電素子は伸び、逆に負の直流電圧をかけると縮む。したがって、電圧の向き制御することで、圧電素子の面内方向の伸縮を制御することができる。
【0035】
第１駆動素子１１が、圧電素子である場合の材料について、補足説明する。
【0036】
圧電体の材料としては、電気機械結合係数が大きく、伝搬損失およびパワーフロー角が小さく、遅延時間温度係数が小さい材料が好ましい。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）などが好適である。各層の形成には、従来公知の成膜方法を適宜用いることができ、例えば、蒸着法、スパッタリング法、化学的気相成長（ＣＶＤ）法、プラズマアシスト気相成膜（ＰＣＶＤ）法、めっき等を用いることができる。その他、圧電体の材料としては、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、チタン酸ビスマスナトリウム（ＢＮＴ）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ビスマス鉄酸化物（例えば、ＢｉＦｅＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）等を用いることができる。
【0037】
第１駆動素子１１の寸法について説明する。
【0038】
第１駆動素子１１のＸ軸方向の寸法は２００μｍ（５０〜５００μｍ）、Ｙ軸方向の寸法は２５０μｍ（５０〜５００μｍ）、Ｚ軸方向の寸法は２μｍ（０．３〜３μｍ）である。なお、括弧内は、好適範囲を示している。この場合、第１駆動素子１１の形態的なバランスが、小型化された圧電型ＭＥＭＳスイッチに要求される駆動素子の微小変位（サブミクロンから数ミクロン）を制御しやすいものとなるという効果がある。
【0039】
第２駆動部ＳＰ２の第２駆動素子２１についても、第１駆動素子１１と同様に、下部電極層２１ａ、圧電体材料層２１ｂ、及び上部電極層２１ｃを含んで構成される。また、第２駆動素子２１の構造、材料及び作用効果は、第１駆動素子１１の場合と同一である。さらに、第２駆動素子２１のＸＹ平面内の形状は、第２ビーム２３のＸＹ平面内の形状と同一であり、これらが固着しているため、第２駆動素子２１の変形の通りに、第２ビーム２３は変形する。
【0040】
図３は、第１ビーム１３及び第２ビーム２３の周辺構造を説明する概略構造図である。
【0041】
本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチ１００では、第１ビーム１３及び第２ビーム２３はそれぞれＸ軸方向に延びる平板状の可撓性部材であり、長手方向がＸ軸方向に沿って整列し、同一のＸＹ平面内に配置されている。第１ビーム１３の−Ｘ方向の一端側及び第２ビーム２３の＋Ｘ方向の一端側がそれぞれ固定部材ＰＫに対して固定されていて、第１ビーム１３及び第２ビーム２３において、互いに対向する先端部分は、自由端とされている。すなわち、第１ビーム１３及び第２ビーム２３は所謂片持ち梁構造を有する。
【0042】
第１ビーム１３には第１信号線１４が取り付けられていると共に、第２ビーム２３には第２信号線２４が取り付けられている。第１信号線１４及び第２信号線２４は、それぞれ第１ビーム１３及び第２ビーム２３の延在方向（Ｘ軸方向）に沿って配置されている。また、第１ビーム１３における自由端側の端部には接触端子１５が取り付けられる。接触端子１５は、第１信号線１４と接続しているが、これらは一体化させることができる。
【0043】
接触端子１５は、第１ビーム１３から接続する本体部１５ａ（接触端子本体）と、本体部１５ａから突出する接点部１５ｂとを含んで構成される。接点部１５ｂは、本体部１５ａにおいて、第２信号線２４と対向する位置に設けられる。接触端子１５は、導体により構成されて、第１駆動素子１１及び第２駆動素子２１が駆動していない状態では、接触端子１５は、本体部１５ａにおいて第１信号線１４に対して接続する側の端部とは逆側の端部に設けられ、第２信号線２４側へ突出する接点部１５ｂが第２信号線２４に対して離間した状態に配置される。なお、接触端子１５の接点部１５ｂは、接触端子１５の本体部１５ａと同一の材料であってもよいし、本体部１５ａとは別の材料であってもよい。
【0044】
第１駆動素子１１は、第１ビーム１３に固着しているため、第１駆動素子１１の変形の通りに、第１ビーム１３は変形する。また、第２駆動素子２１は、第２ビーム２３と固着しているため、第２駆動素子２１の変形の通りに、第２ビーム２３は変形する。
【0045】
第１駆動素子１１に対して電圧を印加することによって、第１駆動素子１１が電圧に連動して変形すると、第１ビーム１３が変形し、接点部１５ｂが、例えば、下方へ移動する。同様に、必要に応じて、第２駆動素子２１に対して、電圧を印加することによって、第２駆動素子２１が電圧に連動して変形すると、第２ビーム２３が変形する。第１ビーム１３の変形および／または第２駆動素子２１による第２ビーム２３の変形により、接点部１５ｂが第２ビーム上の第２信号線２４と接触する。これにより、接触端子１５を介して第１信号線１４と第２信号線２４との間が電気的に接続される。なお、第１駆動素子１１と第２駆動素子２１に逆方向の駆動電圧を印加すれば、互いに逆方向に湾曲して移動するため、個々の素子においては、接触に必要なストロークを小さくし、スイッチングスピードを増加させることもできる。
【0046】
なお、接触端子１５による第１信号線１４と第２信号線２４との間の接続及び切断の切り替えができる構成であれば、第１駆動部ＳＰ１及び第２駆動部ＳＰ２の構成は特に限定されない。例えば、第１駆動部ＳＰ１及び第２駆動部ＳＰ２の一方は駆動回路を備えず、駆動素子の圧電駆動によってビームが移動しない（すなわち、固定部材ＰＫに対して固定される）構成であってもよい。この場合であっても、一方側のビームの変形によって、第１信号線１４、第２信号線２４、及び接触端子１５の位置関係を変更することによって、接触端子１５による第１信号線１４と第２信号線２４との間の接続及び切断の切り替えを実現することができる。
【0047】
第１ビーム１３及び第２ビーム２３の材料について、補足説明する。
【0048】
第１ビーム１３及び第２ビーム２３の材料は特に限定はされないが、歪応力曲線において線形性を示す材料、すなわち弾性を有する材料が好ましい。例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ合金などの金属間化合物や、単結晶Ｓｉ等を適宜用いることができる。なかでも単結晶Ｓｉは、歪応力曲線において広い線形領域を有するため、特に好適に用いることができる。第１ビーム１３及び第２ビーム２３の材質は、上述のように、可撓性を有する材料から適宜選択することができるが、上述の材料の他に、ＳｉＮｘ（窒化シリコン）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＴｉＮｘ（窒化チタン）、ＳｉＯ２（酸化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミ）、多結晶Ｓｉ、アモルファスシリコン、ダイアモンド、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等を用いることができる。好適には、ＳｉＮｘを用いることができる。
【0049】
第１ビーム１３及び第２ビーム２３の寸法について説明する。
【0050】
第１ビーム１３のＸ軸方向の寸法は２５０μｍ（５０〜５００μｍ）、Ｙ軸方向の寸法は２５０μｍ（５０〜５００μｍ）、Ｚ軸方向の寸法は３μｍ（０．５〜５μｍ）である。なお、括弧内は、好適範囲を示している。この場合、第１ビーム１３の形態的なバランスが、小型化された圧電型ＭＥＭＳスイッチに要求されるビームの微小変位（サブミクロンから数ミクロン）を制御しやすいものとなるという効果がある。また、第１ビーム１３のＸＹ平面内の形状は、偏向可能な可動領域（固定部材ＰＫに固定された部分よりも先端側の領域）に関しては、概ね長方形であるが、この可動領域の形状としては、例えば、半円形、フォーク状形状、三角形が考えられる。
【0051】
図４は、ＭＥＭＳスイッチの斜視図である。
【0052】
上述の固定部材ＰＫは、対向する凹部を有する第１部材ＰＫ（１）と第２部材ＰＫ（２）からなる筐体パッケージである。上述のビーム１３及びビーム２３は、これを含む基板１３Ｋの一部であり、基板１３Ｋの周辺領域は、第１部材ＰＫ（１）と第２部材ＰＫ（２）によって挟まれている。
【0053】
入力信号ＩＮを入力側の電極パッドＢ３を介して、ＭＥＭＳスイッチ１００に入力すると、内部の接触端子によって第１信号線と第２信号線が導通している場合は、出力側の電極パッドＢ１から出力信号ＯＵＴが出力される。ＭＥＭＳスイッチ１００の内部の接触端子の位置によって、第１信号線と第２信号線が切断されている場合には、入力信号ＩＮは、出力側の電極パッドＢ１からは取り出されない。
【0054】
上述の第１ＧＮＤ１６に電気的に接続された第１電極パッドＢＧＮＤ１、第２ＧＮＤ２６に電気的に接続された第２電極パッドＢＧＮＤ２は、互いに接続用の電極パターンＥＰ１によって電気的に接続され、これらのグランド電極は同電位に設定されている。なお、接続用の電極パターンＥＰ１は、パッケージの外表面上に設けることとしたが、これはパッケージの内部に設けてよい。
【0055】
図５は、図４に示したＭＥＭＳスイッチの縦断面構成（Ｖ−Ｖ矢印断面）を示す図である。図１１は、図７に示した駆動部を、Ｂ−Ｂ矢印で一部破断した駆動部周辺の縦断面構成を示す図であり、図５の構造の詳細な例を示し、図１４は、図７に示した駆動部を、Ｅ−Ｅ矢印で一部破断した駆動部周辺の縦断面構成を示す図である。本例においては、接触端子１５は、第１信号線１４と一体化している。なお、図５は、原理的な構造を示す図であり、実際の構造例は、図１０〜図１５に示す通りである。
【0056】
図５及び図１１を参照すると、第１駆動素子１１は、第１ビーム１３の下面に固着されており、第２駆動素子２１は、第２ビーム２３の下面に固着されている。実際には、圧電素子を構成する第１駆動素子１１の周辺部は、下部の第２部材ＰＫ（２）と、第１ビーム１３（基板１３Ｋ）との間に挟まれて、支持されている（図１０〜図１５参照）。同様に、圧電素子を構成する第２駆動素子２１の周辺部は、下部の第２部材ＰＫ（２）と、第２ビーム２３との間に挟まれて、支持されている（図１１参照）。なお、図５の原理的な構造図に示すように、これらの周辺部を固定しない構造を採用することも可能である。
【0057】
第１駆動素子１１には、第１駆動回路１２によって、駆動電圧が与えられる。具体的には、第１駆動素子１１の下部電極層１１ａと上部電極層１１ｃとの間に所定の電圧が印加される。接触端子１５は、第１信号線１４に連続・固定されており、電気的に接続されている。所定の電圧の印加により、第１ビーム１３がＸＺ平面内において撓み、接触端子１５が上下方向に移動し、接触端子１５が第２信号線２４に接触した場合には、第１信号線１４と第２信号線２４とが電気的に接続される。
【0058】
なお、第１駆動素子１１の上部電極層１１ｃは、第１部材ＰＫ（１）に設けられた貫通孔を介して、バンプ又は電極パッド（図示せず）に電気的に接続されている。
【0059】
第２駆動素子２１には、第２駆動回路２２によって、駆動電圧を与えてもよい。具体的には、第２駆動素子２１の下部電極層２１ａと上部電極層２１ｃとの間に所定の電圧を印加してもよい。この所定の電圧の印加により、第２ビーム２３がＸＺ平面内において撓み、第２信号線２４の先端部分が、接触端子１５の方向へ移動した場合には、接触端子１５と第２信号線２４とが接触し、第１信号線１４と第２信号線２４とが電気的に接続される。
【0060】
なお、第２駆動素子２１の上部電極層２１ｃは、第１部材ＰＫ（１）に設けられた貫通孔を介して、バンプ又は電極パッド（図示せず）に電気的に接続されている。第１駆動回路と第２駆動回路と駆動素子との接続には、各種の方法が可能である。また、駆動回路は、パッケージ内に配置することとしてもよく、駆動素子の一方の電極層はグランド電位に固定することができる。
【0061】
ここで、第１信号線１４の接触端子側の端部を第１端子とし、第２信号線２４の第１信号線側の端部を第２端子とすると、このＭＥＭＳスイッチは、それぞれの端子に固定して設けられ、これらのＺ軸方向に移動速度を減衰させるダンパー要素を備えている。なお、この固定は、一体化して連続している場合の意味を含む。
【0062】
図５においては、第１ダンパー要素ＤＡＭＰ１が示されている。第１信号線１４に連続する接触端子の本体部１５ａは、Ｚ軸方向に沿って、第１信号線１４から立設して立設部を構成し、そのＺ軸方向端は、ＸＹ平面と平行になるように折れ曲がっている。本体部１５ａのＸＹ平面内に広がる層と、同一平面内には、同一材料からなる第１薄膜領域Ｆ１が、離間部を介して位置している。なお、離間部があるため、接触端子の本体部１５ａと、第１薄膜領域Ｆ１とは、電気的に分離されている（図１４参照）。また、接触端子の本体部１５ａ及び第１薄膜領域Ｆ１を覆うように、ＳｉＮｘなどの絶縁膜からなる補強支持膜Ｓ１が設けられている。なお、図１３は、図７に示した駆動部を、Ｄ−Ｄ矢印で一部破断した駆動部周辺の縦断面構成を示す図であり、補強支持膜Ｓ１は、第１信号線１４の幅方向の一端部から立設した立設部ＲＧ１を有しており、立設部ＲＧ１の上端部は平坦な薄膜状の補強支持膜Ｓ１としてＸＹ平面内に広がっている。平坦な薄膜状の補強支持膜Ｓ１の下面には、第１薄膜領域Ｆ１が固定されている。
【0063】
なお、第２ダンパー要素の構造は、第１ダンパー要素の構造と同様であり、これらのダンパー要素の構造の詳細については、図７以降で後述する。
【0064】
図６は、図５に示したＭＥＭＳスイッチにおける基板の平面図（図５のＶＩ−ＶＩ矢印方向に見た平面図）である。なお、この図では、ダンパー要素を省略し、便宜上、接触端子１５を簡略化して、図６上に重ねて図示する。
【0065】
第１ビーム１３及び第２ビーム２３は、これらを含む基板１３Ｋの一部であり、基板１３Ｋの２点鎖線Ｐの外側領域（周辺領域）は、上述の第１部材ＰＫ（１）と第２部材ＰＫ（２）によって挟まれている。
【0066】
第１ビーム１３上には、第１信号線１４が設けられ、第２ビーム２３上には、第２信号線２４が設けられているが、それぞれの信号線は、先端部に向かうほど、幅が細くなっている。第１ビーム１３と第２ビーム２３の先端部間には、ギャップとなる空間ＧＡＰが介在しており、この空間ＧＡＰを横断するように、接触端子１５が延びている。
【0067】
第１ビーム１３上に固定されたグランド電極である第１ＧＮＤ１６は、第１グランド電極パッドＢＧＮＤ１に電気的に接続され、第２ビーム２３上に固定されたグランド電極である第２ＧＮＤ２６は、第２グランド電極パッドＢＧＮＤ２に電気的に接続されている。
【0068】
第１ＧＮＤ１６の平面形状は、扇形であり、第２ＧＮＤ２６の平面形状も、同一形状の扇形であり、ビーム先端部間の空間ＧＡＰの重心を中心として、これらは点対称に配置されている。したがって、第１ＧＮＤ１６の外側の円弧の含む仮想的な円の軌道上に、第２ＧＮＤ２６の外側の円弧が重なる。この仮想的な円の内側の領域が、基板１３Ｋにおいて実効的に撓むビームの領域であり、この領域内の厚みは、領域外の厚みよりも薄くしてもよい。
【0069】
また、第１ビーム１３と第２ビーム２３も、ビーム先端部間の空間ＧＡＰの重心を中心として、これらは点対称に配置されている。同様に、第１信号線１４と第２信号線２４も、ビーム先端部間の空間ＧＡＰの重心を中心として、これらは点対称に配置されている。
【0070】
上述の空間ＧＡＰのＹ軸方向の両端部からは、ＸＹ平面内において、これに連続するギャップとしての空間ＧＡＰ１及び空間ＧＡＰ２が、互いに逆方向に延びている。一方の空間ＧＡＰ１は、第１信号線１４の一方の側面と平行に延びており、また、扇型の第２ＧＮＤ２６の径方向の辺とも平行に延びており、これらの側面と辺によって挟まれている。他方の空間ＧＡＰ２は、第２信号線２４の一方の側面と平行に延びており、また、扇型の第１ＧＮＤ１６の径方向の辺とも平行に延びており、これらの側面と辺によって挟まれている。
【0071】
このＭＥＭＳスイッチ１００においては、第１ビーム１３と、第１ビーム１３に設けられた第１信号線１４と、第１ビーム１３に設けられ、第１信号線１４に隣接する第１グランド電極（第１ＧＮＤ１６）と、第１ビーム１３に対してギャップ（ＧＡＰ、ＧＡＰ１，ＧＡＰ２）を介して隣接した第２ビーム２３と、第２ビーム２３に設けられた第２信号線２４と、第２ビーム２３に設けられ、第２信号線２４に隣接する第２グランド電極（第２ＧＮＤ２６）と、を備えている。
【0072】
そして、このスイッチは、少なくとも第１ビーム１３を変形させる第１駆動素子を備えており、接触端子１５は、第１信号線１４及び第２信号線２４のいずれか一方に固定され、第１ビーム１３の変形に伴って、第１信号線１４と第２信号線２４との間の接続を行っている。
【0073】
このＭＥＭＳスイッチ１００によれば、第１信号線１４と第１ＧＮＤ１６は、同一の第１ビーム１３に設けられているので、第１駆動素子によって第１ビーム１３を変位させても、相対位置が変化せず、第１信号線１４の特性インピーダンスの変化を抑制できる。
【0074】
同様に、第２信号線２４と第２ＧＮＤ２６は、同一の第２ビーム２３に設けられているので、第２駆動素子によって第２ビーム２３を変位させても、相対位置が変化せず、第２信号線２４の特性インピーダンスの変化を抑制できる。
【0075】
また、第１ビーム１３と第２ビーム２３は、いずれも信号線とグランド電極を備えているため、物理的な特性が一致しやすく、したがって、温度変化に伴う構成要素の特性やスイッチング用の接触端子１５の位置の変化を相殺して軽減することが可能である。したがって、ＭＥＭＳスイッチ１００は、温度変化及びビームの撓みに対して、高い耐性を有することとなり、高品質な信号伝達をすることができる。
【0076】
なお、コプレーナ導波路構造に関して、上述のＭＥＭＳスイッチにおいては、図６に示すように、第１ビーム１３上には、第１信号線１４及び第１ＧＮＤ１６（グランド電極）が設けられ、第２ビーム２３上には、第２信号線２４及び第２ＧＮＤ２６（グランド電極）が設けられ、第２ＧＮＤ２６は、第１の隙間Ｗ１を介して、第１信号線１４に隣接するまで延びており、第１信号線１４は、第１ＧＮＤ１６と第２ＧＮＤ２６とにより挟まれように位置することで、第１のコプレーナ導波路を構成し、第１ＧＮＤ１６は、第２の隙間Ｗ２を介して、第２信号線２４に隣接するまで延びており、第２信号線２４は、第２ＧＮＤ２６と第１ＧＮＤ１６とにより挟まれように位置することで、第２のコプレーナ導波路を構成している。
【0077】
コプレーナ導波路は、信号を伝送する信号線及びグランド電極が、誘電体基板上の同一平面上に位置する伝送線路であり、信号線とグランド電極との隙間が一定となるように設定されており、電磁界分布が同軸線路と似ているため、電磁波の漏れが少ないことが知られている。また、コプレーナ導波路は、線路の幅や隙間を調整することで、位相定数や特性インピーダンスを広範囲に調整することができるという利点もある。また、これらのグランド電極は、ダンパー要素を構成するキャパシタの一方の電極を構成しており、上述のように、電磁波の漏れを低減させ、接触端子近傍の電位を安定させることができる。
【0078】
また、このＭＥＭＳスイッチ１００においては、第１ビーム１３と、第２ビーム２３とは、平面視において、点対称に配置されている。これらのビームが点対称に配置されている場合、その変位動作も点対称になるため、これらのビームの温度変位量と撓み動作が同じようになる。したがって、温度変化と撓み動作の相違に伴う接触端子１５による接触位置のバラつきを抑制し、信号伝達品質の劣化を抑制することができる。
【0079】
図７は、ダンパー要素を含む駆動部の平面図（ＸＹ平面）である。
【0080】
第１ダンパー要素ＤＡＭＰ１の平面形状は、概ね扇型であり、第１ダンパー要素ＤＡＭＰ１の主要部は、第２ＧＮＤ（電極）２６の上方に位置している。第２ダンパー要素ＤＡＭＰ２の平面形状も、概ね扇型であり、第２ダンパー要素ＤＡＭＰ２の主要部は、第１ＧＮＤ（電極）１６の上方に位置している。
【0081】
図８は、図７に示した駆動部のＡ−Ａ矢印を通るＭＥＭＳスイッチの縦断面構成の概要を示す図である。また、図１０は、図７に示した駆動部を、Ａ−Ａ矢印で一部破断した駆動部周辺の縦断面構成を示す斜視図であり、図８の構造の詳細な例を示している。 図１５は、図７に示した駆動部を、Ｆ−Ｆ矢印で一部破断した駆動部周辺の縦断面構成を示す図である。
【0082】
図８、図１０及び図１５を参照すると、第２ダンパー要素ＤＡＭＰ２が示されている。第２信号線２４の幅方向の一方の端部からは、第１ダンパー要素の場合と同様に、Ｚ軸方向に沿って、補強支持膜Ｓ２が立設して立設部ＲＧ２を構成し（図１５参照）、このＺ軸方向端は、ＸＹ平面と平行になるように折れ曲がって、ＸＹ平面内において広がっている。立設部ＲＧ２の上端部は平坦な薄膜状の補強支持膜Ｓ２としてＸＹ平面内に広がり、平坦な薄膜状の補強支持膜Ｓ２の下面には、第２ダンパー要素側の第１薄膜領域Ｆ２が固定されている。換言すれば、第２信号線２４の端部近傍、第２ダンパー要素側の第１薄膜領域Ｆ２を覆うように、ＳｉＮｘなどの絶縁膜からなる補強支持膜Ｓ２が設けられている。
【0083】
ここで、第２ダンパー要素側の第１薄膜領域Ｆ２と第１ＧＮＤ１６とは、キャパシタを構成しており、これらの間には、気体（窒素など）が介在しており、エアギャップＡＧが構成されている。なお、上述のように、第１ＧＮＤ１６は、グランドに接続されている。
【0084】
更に、第２ダンパー要素側の第１薄膜領域Ｆ２に対向する位置の第１ＧＮＤ１６上に、ストッパーＰ１が設けられている。ＭＥＭＳスイッチにおいては、第１薄膜領域と、グランド電極（第１ＧＮＤ１６（第２薄膜領域））との間の最短距離を制限するストッパーＰ１を、第１及び第２薄膜領域の少なくともいずれか一方に設けることができる。
【0085】
ストッパーがある場合、第１薄膜領域及び第２薄膜領域が導電体であった場合においても、これらがショートしないため、設計の自由度が高くなる。特に、第１薄膜領域及び第２薄膜領域を導電体とすると、上記に加えて、静電容量を用いた駆動力制御を行う構成も可能となる。また、ストッパーを用いることで、タンパー要素のストローク制御ができるため、ＯＦＦにする際のスイッチング速度を増加させることができる。また、ストッパーにより、ダンパー要素を構成する第１薄膜領域と第２薄膜領域の接触による固着も抑制することができる。
【0086】
また、第２ダンパー要素ＤＡＭＰ２は、気体を誘電体とするキャパシタを構成しており、キャパシタを構成する一対の電極間には、電圧を印加可能な配線ＷＸが接続され、当該配線ＷＸと第１静電駆動回路ＳＣＯＮＴ１が接続されている。
【0087】
この場合、第２ダンパー要素ＤＡＭＰ２を構成するキャパシタの電極間に、第２静電駆動回路を介して、電圧を印加することで、キャパシタの静電容量を用いた駆動力制御を行うことができる。第２ダンパー要素ＤＡＭＰ２は、図５の第２信号線２４に固定されているため、このキャパシタの電極間距離を調整することで、接触端子１５と第２信号線２４との距離を調整することができるからである。これらの電極は、上述の第１及び第２薄膜領域から構成することができる。
【0088】
なお、図１０及び図１１を参照すると、第２部材ＰＫ（２）は、円筒形状の開口部を有しており、この開口部の開口端面上に第１駆動素子１１及び第２駆動素子１２の周辺部が配置され、この上に、基板１３Ｋが形成されている。したがって、第１駆動素子１１及び第２駆動素子２１の周辺領域において、基板１３Ｋ及びこの上に形成される各種配線（１６，１４，２６，２４）は、段差を有している。
【0089】
図９は、図７に示した駆動部のＣ−Ｃ矢印を通るＭＥＭＳスイッチの縦断面構成の概要を示す図である。図１２は、図７に示した駆動部を、Ｃ−Ｃ矢印で一部破断した駆動部周辺の縦断面構成を示す図であり、図９の構造の詳細な例を示している。
【0090】
第１ダンパー要素側の第１薄膜領域Ｆ１と第２ＧＮＤ２６とは、キャパシタを構成しており、これらの間には、気体（窒素など）が介在しており、エアギャップＡＧが構成されている。なお、上述のように、第２ＧＮＤ２６は、グランドに接続されている。
【0091】
更に、第１ダンパー要素側の第１薄膜領域Ｆ１に対向する位置の第２ＧＮＤ２６上に、ストッパーＰ２が設けられている。ＭＥＭＳスイッチにおいては、第１薄膜領域と、グランド電極（第２ＧＮＤ２６（第２薄膜領域））との間の最短距離を制限するストッパーＰ２を、第１及び第２薄膜領域の少なくともいずれか一方に設けることができる。
【0092】
ストッパーがある場合、第１薄膜領域及び第２薄膜領域が導電体であった場合においても、これらがショートしないため、設計の自由度が高くなる。特に、第１薄膜領域及び第２薄膜領域を導電体とすると、上記に加えて、静電容量を用いた駆動力制御を行う構成も可能となる。また、ストッパーを用いることで、タンパー要素のストローク制御ができるため、ＯＦＦにする際のスイッチング速度を増加させることができる。また、ストッパーにより、ダンパー要素を構成する第１薄膜領域と第２薄膜領域の接触による固着も抑制することができる。
【0093】
また、第１ダンパー要素ＤＡＭＰ１は、気体を誘電体とするキャパシタを構成しており、キャパシタを構成する一対の電極間には、電圧を印加可能な配線ＷＹが接続され、当該配線ＷＹと第２静電駆動回路ＳＣＯＮＴ２が接続されている。
【0094】
この場合、第２ダンパー要素ＤＡＭＰ２を構成するキャパシタの電極間に、第２静電駆動回路ＳＣＯＮＴ２を介して、電圧を印加することで、キャパシタの静電容量を用いた駆動力制御を行うことができる。第１ダンパー要素ＤＡＭＰ１は、図５の第１信号線１４（第１端子）に固定されているため、このキャパシタの電極間距離を調整することで、接触端子１５に力を与え、接触端子１５と第２信号線２４との間の距離を調整することができるからである。これらの電極は、上述の第１及び第２薄膜領域から構成することもできる。
【0095】
以上、説明したように、上述のＭＥＭＳスイッチは、圧電素子により、変位可能な第１端子（第１信号線１４の端部）と、第１端子に対向し、第１端子と導通可能な位置に配置された第２端子（第２信号線２４の端部）と、第１及び第２端子の一方に設けられた接触端子１５と、第１端子の移動速度を減衰させるダンパー要素ＤＡＭＰ１（第１端子の第２端子に対する相対移動速度は第２ダンパー要素ＤＡＭＰ２によっても減少する）と、を備え、ダンパー要素ＤＡＭＰ１は、第１端子に固定された第１薄膜領域Ｆ１と、第１薄膜領域Ｆ１の移動方向（Ｚ軸方向）の延長線上に位置する第２薄膜領域（第２ＧＮＤ２６）と、第１薄膜領域Ｆ１と第２薄膜領域（第２ＧＮＤ２６）との間に介在する気体と、を備え、平面視において、ダンパー要素ＤＡＭＰ１は、圧電素子（第１駆動素子１１）及び接触端子１５の双方から離れる方向に広がっている（図６及び図７参照）。
【0096】
このＭＥＭＳスイッチは、第１端子に固定されたダンパー要素を備えているので、圧電素子を駆動して第１端子を変位させる場合に、第１及び第２薄膜領域間に気体を備えたダンパー要素が機能し、当該気体の運動が抵抗となって、接触端子と第２端子とが接触する際に生じるバウンドを抑制することができる。すなわち、ダンパー要素は、圧電素子及び接触端子の双方から離れる方向に広がっているので、スイッチＯＮ時において、気体を圧縮する際の反作用が、第１薄膜領域にかかる。第１薄膜領域は、その立設部を介して、第１端子に固定されているので、第１端子の移動速度を減衰させることができる。かかる構造により、圧電素子に印加する駆動電圧を大きく増加させないでも、接触端子のバウンドを抑制することができるため、安定したＯＮ状態になるまでの期間を短縮することができる。
【0097】
従来、バウンドする時間は圧電素子への駆動電圧が６Ｖの場合、４０μｓほどあったが、本構造の場合、４μｓに短縮することができた。また、圧電素子への駆動電圧を増加させると、消費電力は増加するが、バウンドする時間を更に短くすることができる。
【0098】
また、第１薄膜領域と、第２薄膜領域との間の最短距離を制限するストッパーを、前記第１及び第２薄膜領域の少なくともいずれか一方に設けているので、第１薄膜領域及び第２薄膜領域が導電体であった場合においても、これらがショートしないため、設計の自由度が高くなる。
【0099】
また、ダンパー要素は、前記気体を誘電体とするキャパシタを構成しており、キャパシタを構成する一対の電極間には、電圧を印加可能な配線が接続されている。ダンパー要素を構成するキャパシタの電極間に電圧を印加することで、キャパシタの静電容量を用いた駆動力制御を行うことができる。圧電素子への駆動電圧の印加と同時に、静電駆動回路からダンパー要素からなるキャパシタに電圧を印加した場合、上記バウンドの時間は、さらに大きく短縮することができる。
【0100】
このキャパシタを構成する一方の前記電極（第１薄膜領域Ｆ１）は、接触端子の本体部１５ａとは、離間部を介して、離間しており、電気的に絶縁されているが（図１４参照）、他方の電極（第２グランドＧＮＤ２６又は第１グランドＧＮＤ１６（第２薄膜領域））は、グランド電位に固定されており、グランド電位に固定された他方の電極により、接触端子近傍の電位の揺らぎを抑制することができる。なお、離間部の構成材料は、電気的な絶縁体であればよく、絶縁性補強材料である補強支持膜Ｓ１の他、空気などの気体によっても構成することができる。また、グランド電位と電源電位を用いることにより、圧電素子に印加する電圧を大きくすることができ、結果としてスイッチングスピードが増加する。なお、入力側の第１信号線の基準電位をグランド電位として、この上に、信号を乗せることも可能である。以上のようにグランド電位を用いた場合には、高周波特性が向上し、小型化が可能になる。
【0101】
小型化が可能な素子は、共振周波数が高くなるため、スイッチングの動作を更に向上させることができる。
【0102】
また、ダンパー要素を有する第２薄膜領域がバネ性を有することで、撓むことができると、ダンパー要素の減衰機能を増加させることができる。
【0103】
なお、ダンパー要素の面積は、圧電素子の平面視における面積の３０〜１００％であることを特徴とする。この場合、十分にダンバー要素の減衰機能を発揮することができる。
【0104】
図１６は、本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチが適用される電子機器の一例の概略構成図である。
【0105】
図１６に示す電子機器２００は、無線通信を行う電子機器であり、ハウジングＨに収容された複数のＭＥＭＳスイッチ１００と、複数のＭＥＭＳスイッチ１００に対してそれぞれ直列に接続されたフィルタ１０２と、アンテナ１０３と、スイッチ１０４と、処理回路１０５と、入力装置１０６と、ディスプレイ１０７と、制御回路ＣＯＮＴと、を含んで構成される。
【0106】
アンテナ１０３からは、変調された高周波信号（ＲＦ信号）が入力される。電子機器２００では、制御回路ＣＯＮＴからの制御によって複数のＭＥＭＳスイッチ１００におけるＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。例えば、アンテナに含まれる複数の周波数帯域の信号から、単一の周波数帯域の信号を選択することができる。アンテナ１０３により受信された入力信号は、必要に応じて、アンプで増幅された後、ＯＮ状態が選択されたＭＥＭＳスイッチ１００、及び、当該ＭＥＭＳスイッチ１００に接続されたフィルタ１０２を通り、スイッチ１０４を経て処理回路１０５に入力し、処理回路１０５において入力信号に係る処理が行われる。それぞれのフィルタ１０２は、通過帯域の異なる周波数フィルタであり、選択された周波数の信号が、処理回路１０５に入力されることとなる。
【0107】
処理回路１０５は、変調されていた入力信号を復調し、復調された信号から、文字又は画像情報を抽出し、制御回路ＣＯＮＴは、処理回路１０５から得られた文字又は画像情報をディスプレイ１０７上に表示することができる。なお、アンテナ１０３への入力信号は、映像信号又は音声信号とすることもできる。
【0108】
また、入力装置１０６からユーザにより入力される情報が、制御回路ＣＯＮＴに対して送られて制御回路ＣＯＮＴによる複数のＭＥＭＳスイッチ１００の制御に反映されると共に、処理回路１０５による処理の結果等が制御回路ＣＯＮＴを介して、ディスプレイ１０７に対して出力されて、ユーザに通知される。なお、電子機器は、携帯電子機器とすることができる。
【0109】
本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチ１００は、上述したように、第１駆動素子１１及び第２駆動素子２１の圧電駆動により、接点部１５ｂと第２信号線２４との接触及び離間が繰り返されることにより、第２信号線２４と接触端子１５との接続及び切断が繰り返される。
【0110】
上記ＭＥＭＳスイッチを用いた電子機器は、ＭＥＭＳスイッチ１００と、アンテナ１０３と、アンテナ１０３にＭＥＭＳスイッチ１００を介して接続された周波数フィルタ１０２とを備えている。この電子機器は、ＭＥＭＳスイッチが高品質な信号伝達を行うため、誤動作が少ないなどの高性能な動作をすることができる。また、この電子機器は、ＭＥＭＳスイッチが消費電力を低減しつつ、安定したＯＮ状態になるまでの期間を短縮することができるので、低消費電力で高速のスイッチングが可能となる。
【0111】
なお、アンテナ１０３は、ＭＥＭＳスイッチ１００への信号入力を行う信号入力素子であり、周波数フィルタ１０２はＭＥＭＳスイッチ１００からの出力信号を処理する信号処理素子である。信号入力素子としては、例えば、実験システムにおける信号発生器を適用することもできるし、信号処理素子としては、周波数逓倍器やＡＤ変換器などを適用することも可能である。
【0112】
上述のＭＥＭＳスイッチにおいて、ビームが容易に変形し、スイッチングをスムーズに行うことができるためには、ビームを薄層化する必要がある。ＣＶＤやスパッタ等の薄膜成膜工程で薄膜を作成するほかに、薄層化処理には、バックグラインド処理（裏面研削処理）が挙げられるが、かかる処理には、グラインド（研削）の他、ポリッシュ（研磨）やエッチングなどの方法が考えられる。
【0113】
上述の構造によれば、ＭＥＭＳ自体の変形（スイッチング、製造時反り、熱応力反り）によらず、安定したＣＰＷ形成が可能で、ＲＦ性能の高性能化、安定化（バラつき減少）が可能である。また、複数のスイッチを並べることができるため、マルチチャンネル化を行うこともできる。
【0114】
本発明の他の実施形態として、コールドスイッチ化されたＭＥＭＳスイッチがある。
【0115】
オーミック接触式のＭＥＭＳスイッチは機械的なスイッチであるため、ＯＦＦ時においては可動接点が端子と完全に離間してリーク電流が生じないことから、高品質なスイッチングが可能と期待されている。その一方、ＭＥＭＳスイッチの接点信頼性が経時的に劣化する可能性が指摘されている。これは、接点の開閉遷移時（接触遷移時および離間遷移時）に接点にかかる電圧によって、所謂ホットスイッチングが生じ、接点が劣化すると予想するものである。これを回避するために、別回路を設け、接点開閉時にＭＥＭＳスイッチに電圧がかからないようにしてコールドスイッチ化する方法が提案されている。
【0116】
しかし、別回路を用意することは、システムの複雑化、大型化、消費電力増につながるという不具合がある。本発明の実施形態によれば、機構的な工夫だけで接点の開閉遷移時をコールドスイッチ化し、本発明のＭＥＭＳスイッチの接点信頼性を高めることができる。以下、このＭＥＭＳスイッチの実施形態を説明する。
【0117】
本実施形態のＭＥＭＳスイッチは、端子部分にシャント（ｓｈｕｎｔ）用の接点を設けることにより、シリーズ・シャント（ｓｅｒｉｅｓ−ｓｈｕｎｔ）スイッチ化されたＭＥＭＳスイッチである。最初に、図１７の模式図によってシリーズ・シャントスイッチ化されたＭＥＭＳスイッチの機能を説明する。第１駆動素子１１を駆動する（第１ビーム１３（図５参照）を下方に移動させる）と、第１端子１５と、第２信号線２４の先端に位置する第２端子２４Ａとが接触し、電極パッドＢ３側のＰｏｒｔ１と、例えば入力信号ＩＮが入力される入力側の電極パッドＢ１とが電気的に導通状態となり、ＭＥＭＳスイッチはＯＮ状態となる。なお、図１８は、シリーズ・シャントスイッチ化されたＭＥＭＳスイッチにおける基板の平面図である。同図に示すように、第２信号線２４の先端部には、可撓性の第３端子２５が設けられている。第３端子２５の構造は、第１端子１５の構造と同一である。
【0118】
ここで、第２駆動素子２１を駆動する（第２ビーム２３（図５参照）を下方に移動させる）と、第２信号線２４の先端部に設けられた第３端子２５と、第１ＧＮＤ１６（配線）の先端に位置する第４端子１６Ａ（図１７）とが接触状態となり、同時に、ＭＥＭＳスイッチの機構により、第１端子１５と第２端子２４Ａとは離間し、第１ＧＮＤ１６側のＰｏｒｔ２（ＢＧＮＤ１）と、入力信号ＩＮが入力される入力側の電極パッドＢ１とが電気的に導通した状態でシャントされ、ＭＥＭＳスイッチはＯＦＦ状態になる。
【0119】
このように、ＭＥＭＳスイッチは、シリーズ・シャントスイッチとなり、ＯＦＦ時のアイソレーション性能が向上する。
【0120】
本実施形態のＭＥＭＳスイッチは、第１駆動部ＳＰ１および第２駆動部ＳＰ２からなり、第１駆動部ＳＰ１は、第１駆動素子１１により変位可能な第１端子１５(ｓｅｒｉｅｓ)と、第１端子１５からスイッチ外部のＰｏｒｔ１（電極パッドＢ３）に延伸した第１信号線１４と、Ｐｏｒｔ２と共用となっている第１ＧＮＤ１６と、第２駆動部ＳＰ２上に延伸した第１ダンパー要素ＤＡＭＰ１とを有する。第２駆動部ＳＰ２は、第２駆動素子２１により変位可能で第１端子１５と平面視で重なっている第２端子２４Ａと、第１ＧＮＤ１６の一部と平面視で重なっている第３端子２５と、第２端子２４Ａおよび第３端子２５からスイッチ外部からの入力信号ＩＮが入力されるポート（電極パッドＢ１）に延伸した第２信号線２４とを備え、第２ＧＮＤ２６と、第１駆動部ＳＰ１上に延伸した第２ダンパー要素ＤＡＭＰ２とを有している。
【0121】
第１ダンパー要素ＤＡＭＰ１と第２ＧＮＤ２６との間には気体が介在し、第１端子１５の移動速度を減衰させる。また、第２ダンパー要素ＤＡＭＰ２と第１ＧＮＤ１６との間にも気体が介在し、第２端子２４Ａ及び第３端子２５の移動速度を減衰させる。
【0122】
本実施形態のＭＥＭＳスイッチは、第１及び第２ダンパー要素を有し、ダンピングを調節することにより、接触遷移時間より離間遷移時間を長くすることが可能である。このように調整されたＭＥＭＳスイッチでは、遷移時において、第１端子１５と第２端子２５Ａとの間、および、第３端子２５と第１ＧＮＤ１６（第４端子１６Ａ）との間の両方が導通した状態が存在する。ＭＥＭＳスイッチの遷移時に、この状態が存在することにより、ＭＥＭＳスイッチの遷移は常にコールドスイッチ状態で生じる。このため、遷移時に接点において過度な電圧がかからず、接点の高信頼性化に寄与する。本実施形態のＭＥＭＳスイッチは、アクティブな接触−離間動作により、低電圧駆動かつ高信頼性、高速度動作が可能である。
【0123】
さらに、第１駆動素子１１の駆動時に第１ダンパー要素ＤＡＭＰ１に電圧（圧電素子と同じが回路的に望ましい）を加えることにより、第１ダンパー要素ＤＡＭＰ１と第２ＧＮＤ２６の間に静電引力が発生し、圧電―静電ハイブリッド駆動により接触力が増大する。また、第２駆動素子２１の駆動時に第２ダンパー要素ＤＡＭＰ２に電圧を加えることにより、離間力が増大する。これにより、本実施形態のＭＥＭＳスイッチは、さらなる低電圧駆動かつ高信頼性、高速度動作が容易になる。このとき、第１ダンパー要素ＤＡＭＰ１あるいは第２ダンパー要素ＤＡＭＰ２に加えられる電圧は、第１駆動素子１１および第２駆動素子２１と同じであることが回路機能の上は好ましい。
【0124】
第１ダンパー要素ＤＡＭＰ１が導電性の場合には、導電性薄膜からなる第２ＧＮＤ２６との間に、必要に応じてストッパーや誘電層を設けてもよい。また、第２ダンパー要素ＤＡＭＰ２と第１ＧＮＤ１６との間についても同様である。
【産業上の利用可能性】
【0125】
本発明のＭＥＭＳスイッチは、ＲＦ−ＭＥＭＳスイッチに利用でき、電子機器に組み込むことができる。
【符号の説明】
【0126】
１５…接触端子（接点）、１３…第１ビーム、１４…第１信号線、１６…第１ＧＮＤ、２３…第２ビーム、２４…第２信号線、２６…第２ＧＮＤ。