JP2003208841A - マイクロマシンスイッチおよびこれを用いたフェーズドアレイアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 大量生産可能で安価かつ高性能なマイクロマ
シンスイッチを実現する。 【解決手段】 基板１上にギャップと近接して設けられ
た支持部材７によって基板１上に支持された可撓性の梁
部材８と、この梁部材８の基板側における少なくともギ
ャップと対向する位置に設けられた接触電極５と、基板
上に梁部材８の一部と対向して設けられた下部電極４と
を備え、梁部材８は、支持部材７との接続部分から下部
電極９と対向する位置にかけて導電性を有することによ
り上部電極９として機能し、かつ、少なくとも支持部材
との接続部分から下部電極４と対向する位置までの間の
一部の領域で、基板面に平行な梁部材８の中心面に対し
て基板面に直交する厚み方向に沿った熱膨張係数が対称
となるように配置された二種類以上の材料によって構成
されており、かつ、接触電極が、梁部材８における基板
側の面に設けられた場合の絶縁性部材６よりも厚い絶縁
性部材を介して設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロマシンス
イッチおよびその製造方法に関し、特にＤＣ（直流）か
らギガヘルツ以上の広い信号周波数をオン／オフ可能と
するマイクロマシンスイッチおよびその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロックウェル・インターナショナ
ル・コーポレイションのユン・ジェイソン・ヤオの「微
細電気機械スイッチ」（特開平９−１７３００号公報）
に記載の発明を例にして、従来技術を説明する。

【０００３】図１６は、特開平９−１７３００号公報に
開示されたマイクロマシンスイッチの平面図（ａ）およ
びそのＤ−Ｄ’線断面図（ｂ）を示す。同図に示すよう
に、ガリウムヒ素からなる基板５１上には、熱硬化ポリ
イミドからなるアンカー構造５２と、金からなる下部電
極５３と、金からなる信号線５４とが設けられている。

【０００４】そして、アンカー構造５２の上にはシリコ
ン酸化膜からなる片持ちアーム５５が設けられ、この片
持ちアーム５５は、下部電極５３を越えて信号線５４の
位置まで延在しており、これらと空間的な隙間を介して
対向している。

【０００５】片持ちアーム５５の上側には、アルミから
なる上部電極５６がアンカー構造５２から下部電極５３
に対向する位置まで作製されている。また、片持ちアー
ム５５の下側には、信号線５４に対向する位置に金から
なる接触電極５７が設けられている。

【０００６】さて、このような構造をしたマイクロマシ
ンスイッチにおいて、上部電極５６と下部電極５３との
間に３０Ｖの電圧を印加すると、静電気力により上部電
極５６に基板方向（矢印５８の下向き）に引力が働く。
このため、片持ちアーム５５が基板側に変形し、接触電
極５７が信号線５４の両端と接触する。

【０００７】通常の状態では、図１６（ｂ）に示すよう
に、接触電極５７と信号線５４との間には隙間が設けら
れ、したがって２本の信号線５４は互いに切り離されて
いる。このため、下部電極５３に電圧が印加されない状
態では、信号線５４に電流は流れない。

【０００８】しかし、下部電極５３に電圧が印加されて
接触電極５７が信号線５４と接触した状態では、２本の
信号線５４は短絡し、両者の間を電流が流れることがで
きる。したがって、下部電極５３への電圧印加によっ
て、信号線５４を通る電流あるいは信号のオン／オフを
制御することができる。

【０００９】ただし、特にこのスイッチをマイクロ波領
域の信号に使用する際に、スイッチの損失を低減させる
ためには、上部電極５６と接触電極５７とが電気的に十
分に絶縁されていることが重要である。すなわち、もし
上部電極５６と接触電極５７が電気的に短絡していれ
ば、信号線５４を流れる信号（ＤＣを含む）が上部電極
５６にも流れ出てしまう。

【００１０】また、上部電極５６と接触電極５７とが短
絡していなくとも、静電容量がかなり大きいような状態
では、信号線５４を流れる交流信号がやはり上部電極５
６に流れて外部に漏洩する。このように、上部電極５６
と接触電極５７との絶縁が十分でないときには、信号の
漏れが大きくなり、スイッチの特性が悪くなる。上述の
従来例においては、このような観点から、片持ちアーム
５５を構成する材料として絶縁材料（シリコン酸化膜）
を使用している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の従来
のマイクロマシンスイッチには、以下の問題点がある。
片持ちアーム５５は、材料の異なる上部電極５６および
アンカー構造５２と広い領域で接触している。また、ス
イッチの駆動電圧を抑制するため、片持ちアーム５５は
機械的に柔らかい構造となっており、微小電圧で動くよ
うになっている。

【００１２】このように、従来のマイクロマシンスイッ
チにおいては、上部電極５６，片持ちアーム５５および
アンカー構造５２が、それぞれ異なる材料によって形成
されていることから熱膨張係数も異なり、特に片持ちア
ーム５５は歪みによって反りが発生しやすくなってい
る。

【００１３】例えば、熱膨張係数について、二酸化シリ
コン，アルミおよびポリイミドのそれぞれを比較した場
合、二酸化シリコンの熱膨張係数はその他のものと比べ
て約１／１００倍と非常に小さな値を有する。このた
め、プロセス温度およびデバイス完成後の雰囲気の温度
変化によって上部電極５６等の金属部分が膨張し、片持
ちアーム５５には容易に反りが発生してしまう。

【００１４】また、このような反りの存在は、基板５１
に対して上向きであっても下向きであっても、スイッチ
特性に悪い影響を与える。もし、片持ちアーム５５の反
りが上向きの場合には、電圧を印加したときに片持ちア
ーム５５の下側表面が下部電極５３に接触したとして
も、接触電極５７が信号線５４と接触しない状態が生じ
る可能性がある。その場合、仮に接触電極５７と信号線
５４とが接触したとしても、接触部における圧力は極め
て小さなものに過ぎず、このような軽い接触では接触抵
抗が大きくなるという問題がある。

【００１５】一方、片持ちアーム５５の反りが下向きの
場合には、電圧を印加することにより接触電極５７と信
号線５４とは接触するものの、接触電極５７の全体が平
面的に信号線５４に接触するのではなく、いわゆる片当
たり（一部の領域のみで接触すること）が生じ易くな
る。したがって、この場合においてもスイッチの接触抵
抗が大きくなるという問題が生じる。このように、いず
れにしても片持ちアーム５５に反りが生じると接触抵抗
が大きくなり、オン時のスイッチ抵抗が大きくなるとい
う問題がある。

【００１６】実際、従来例においては、スイッチ作製の
プロセスを２５０℃以下の低い温度で行うことにより、
プロセス温度による反りの抑制がなされている。

【００１７】具体的には、片持ちアーム５５を形成する
二酸化シリコン膜を、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）プ
ロセスで作製している。ＰＥＣＶＤ酸化膜は、低い温度
で作製できることが利点であり、このようにプロセスの
温度を低く抑えることは、異なる材料の大きな熱膨張係
数の差の影響を減少する上で重要である。

【００１８】一方、材料の機械的特性（歪み、剛性、信
頼性等）および電気的特性（誘電率、最大破壊電圧等）
が、特に温度条件の最適化によって著しく改良されるも
のであることは良く知られているとおりである。しかし
ながら、上述の従来例ではプロセス温度を低く抑える必
要があるため、温度パラメータを材料の最適化のために
十分利用できず、材料的に大きな限界を有するといえ
る。

【００１９】また、一般的に片持ちアーム５５の剛性を
一定に保つため、その厚さを厚くすると、アームの幅を
減少させられるという利点がある。このため、スイッチ
全体の寸法を小さくすることが可能であり、小さい面積
に多くのスイッチを作製することができる利点がある。

【００２０】しかし、二酸化シリコンを片持ちアーム５
５に利用する従来例は、片持ちアーム５５の厚さ方向に
大きな制限を有している。原理的には、ＰＥＣＶＤの時
間を長くすることによって二酸化シリコン膜の厚さを、
１０μｍ以上でも厚くすることが可能であるが、成長時
間が長くなると装置の処理速度が減少してコストが高く
なり、また装置内部にゴミが発生し易くなってたびたび
クリーニングを行う必要がある等の装置メンテナンス上
の種々の問題が生じる。

【００２１】さらに、厚い膜内部には大きな歪みが生じ
て堆積中に基板５１を破壊するという問題も生じる。こ
のような理由から、実際的には、せいぜい２μｍ程度の
厚さに制限されているのが現状である。このため、スイ
ッチ構造の設計的寸法においても厳しい制限がある。

【００２２】また、従来例のようなプロセス温度低減
は、製造時の反り抑制にある程度の効果はあるものの、
使用雰囲気の温度変動による反りに対しては何の役にも
たっていない。この使用時の反りは、熱膨張係数の異な
る積層膜をアーム部に用いた場合における必然的な問題
点である。一方、従来例の構造のスイッチには、機械的
強度および耐久性の点でも問題点がある。スイッチを駆
動させる際、最も大きな応力は片持ちアーム５５の根本
（アンカー構造５２との接続部分）に発生する。したが
って、スイッチの機械的強度・耐久性を向上させるため
には、この根本部の構造を最適化する必要がある。しか
し、従来例の構造は、片持ちアーム５５とアンカー構造
５２とが別個の材料で構成され、さらにはこれら両者が
直角をなすようになっている。このような構造は、根本
部に発生する応力を緩和させるには適当でない。

【００２３】本発明は、このような課題を解決するため
のものであり、大量生産可能で安価かつ高性能なマイク
ロマシンスイッチおよびその製造方法を提供することを
目的とする。

【００２４】

【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、本発明に係るマイクロマシンスイッチは、基
板上に設けられた第１の信号線と、前記基板上に設けら
れかつ前記第１の信号線の端部から所定のギャップを隔
てて端部が設けられた第２の信号線との間の導通／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
板上に前記ギャップと近接して設けられた導電性を有す
る支持部材と、前記基板上で前記ギャップと前記支持部
材との間に設けられた下部電極と、前記支持部材に前記
基板と平行して設けられた導電性および可撓性を有する
片持ちアームと、この片持ちアームにより前記下部電極
と対向して支持され、前記下部電極への電圧印加に応じ
て下部電極側への引力が働く上部電極と、この上部電極
に前記基板と平行して設けられた絶縁性部材と、この絶
縁性部材の前記基板側における前記ギャップと対向する
位置に設けられ、前記上部電極に対する前記引力に応じ
て前記第１および第２の信号線と接触することにより前
記第１および第２の信号線の間を導通させる接触電極
と、前記絶縁性部材の下側に設けられた前記接触電極と
対向して、前記絶縁性部材の上側に設けられた補強部材
とを備え、前記片持ちアームは、前記基板と直交する厚
み方向に沿って対称となる熱膨張係数を有するものを用
いたものである。

【００２５】また、本発明に係る他のマイクロマシンス
イッチは、基板上に設けられた第１の信号線と、前記基
板上に設けられかつ前記第１の信号線の端部から所定の
ギャップを隔てて端部が設けられた第２の信号線との間
の導通／非導通を制御するマイクロマシンスイッチにお
いて、前記基板上に前記ギャップと近接して設けられた
導電性を有する支持部材と、前記基板上の前記ギャップ
内で前記第１および第２の信号線より低い位置に設けら
れた下部電極と、前記支持部材に前記基板と平行して設
けられた導電性および可撓性を有する片持ちアームと、
この片持ちアームにより前記下部電極と対向して支持さ
れ、前記下部電極への電圧印加に応じて下部電極側への
引力が働く上部電極と、この上部電極に前記基板と平行
して設けられた絶縁性部材と、この絶縁性部材の前記基
板側における前記ギャップと対向する位置に設けられ、
前記上部電極に対する前記引力に応じて前記第１および
第２の信号線と接触することにより前記第１および第２
の信号線の間を導通させる接触電極と、前記絶縁性部材
の下側に設けられた前記接触電極と対向して、前記絶縁
性部材の上側に設けられた補強部材とを備え、前記片持
ちアームは、前記基板と直交する厚み方向に沿って対称
となる熱膨張係数を有するものを用いたものである。ま
た、前記片持ちアームを、前記基板と直交する厚み方向
に沿った熱膨張係数が対称となるように配置された２種
類以上の材料から構成したものである。

【００２６】このように構成することにより本発明は、
片持ちアームの基板面に対して直交する厚み方向に沿っ
て熱膨張係数が略対称となっている。このため、従来例
のように異種材料間に生じる歪みによって起こる反りが
著しく緩和される。このように、熱膨張係数を厚み方向
に対称とする最も簡単な方法は、片持ちアームを単一材
料で構成することである。また、その他に、上下対称の
積層構造とすることももちろん可能である。

【００２７】ここで、片持ちアームの反りを抑制するた
めには、熱膨張係数を上記のとおりに対称とすることが
有効である。逆に片持ちアームにより支持された上部電
極の先端部近傍では、その厚さ方向に沿って熱膨張係数
が対称となっていなくても、反りの発生は小さい。ちな
みに、試作したスイッチを測定してみたところ、片当た
り等で生じる接触抵抗のばらつきが小さくなり、特性の
そろったスイッチを多量に作製することができるように
なった。

【００２８】これに加えて、絶縁性部材の下側に設けら
れた接触電極と対向して、絶縁性部材の上側に補強部材
を設けたので、接触電極と絶縁部材との間に生じる歪み
による反りが小さく抑えられて、接触電極が基板に対し
て平行に保たれ、片当たりによる接触抵抗の増大を抑え
ることができる。あるいは、第１および第２の信号線の
ギャップ中に、これら信号線の端部より低い位置に下部
電極を設け、この下部電極に対向するよう上部電極を片
持ちアームにより延在して設けたので、アームの先の方
に下部電極を設けることができ、僅かな静電気力でアー
ムを稼働させることができ、ひいては下部電極に印加す
る電圧値を小さくすることができる。また、片持ちアー
ムを基板と直交する厚み方向に沿った膨張係数が対象と
なるよう配置された２種類以上の材料から構成すること
により、基板側の熱膨張係数とその反対側の熱膨張係数
とを対称にでき、温度変化による片持ちアームの反りを
抑制することができる。

【００２９】以上の優れた効果により、本発明のマイク
ロマシンスイッチは、個々ばらばらにして使用する単純
なスイッチ応用に留まらず、大面積の基板上に数万個の
オーダで集積化することが要求されるフェーズドアレイ
アンテナへの適用を可能とする。

【００３０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図を用いて説明する。なお、以下の各実施の形態にお
いては、片持ちアーム８の構造として後述の図１０また
は図１１に相当する構成を備えている。すなわち、片持
ちアーム８は、基板面に直交する厚み方向に沿った熱膨
張係数が対称となるように配置された二種類以上の材料
によって構成されている。

【００３１】［第１の実施の形態］図１は、本発明の第
１の実施の形態の平面図（ａ）およびそのＡ−Ａ’線断
面図（ｂ）を示す。同図に示すように、本実施の形態で
は、誘電率の大きなガラス製の基板１上に、シリコンか
らなるスイッチ本体部１４と、金からなる下部電極４
と、金からなる信号線３が設けられている。また、基板
１の裏面にはアース板２が形成されている。

【００３２】スイッチ本体部１４は、支持部材７と、片
持ちアーム８と、上部電極９との一体構造となってい
る。支持部材７からは、シリコンからなる二本の片持ち
アーム８が基板面に対してほぼ水平に延びている。二本
の片持ちアーム８は、従来例における一本のアームと比
べてアームの回転運動を低く抑えることができ、スイッ
チの片当たり接触を防止するのに役立つ。ただし、条件
に応じて片持ちアーム８の本数を変えればよいのであっ
て、本発明には１本および２本以上の片持ちアーム８を
有する構造が含まれる。

【００３３】ところで、支持部材７と片持ちアーム８と
接続部分においては、その表面におけるなす角α，β
が、それぞれ鈍角（９０°＜α，β＜１８０°）となる
ように調整することが好ましい。このようにすることに
より、片持ちアーム８の強度を高めることができ、１Ｍ
Ｈｚ以上といった高周波数のスイッチング動作を可能と
する。

【００３４】片持ちアーム８の先端には、シリコンから
なる上部電極９が設けられている。上部電極９は、下部
電極４と空間的な隙間を介して対向している。支持部材
７は、基板１上に形成されている信号線３ａに接続され
ており、この信号線３ａは、支持部材７および片持ちア
ーム８を介して上部電極９と電気的に接続されている。

【００３５】また、二酸化シリコンあるいは窒化シリコ
ン膜等の絶縁体膜からなる絶縁性部材６が、上部電極９
の下面に下部電極４と対向する位置から信号線３に対向
する位置にかけて設けられている。この信号線３に対向
する絶縁性部材６の下側の位置には、金からなる接触電
極５が設けられている。

【００３６】このように絶縁性部材６を設けることによ
り、接触電極５と上部電極９との短絡、および、スイッ
チング動作時における上部電極９と下部電極４との接触
を防止することができる。ただし、絶縁性部材６は、最
低限接触電極５と上部電極９との間にあればよい。な
お、高周波信号をスイッチングする場合は、信号線３と
容量結合可能な範囲で接触電極５の表面を絶縁体膜で覆
っていてもよい。逆に信号線３を絶縁体膜で覆っても構
わない。

【００３７】このように、接触電極５と対向する絶縁性
部材６の上側には、片持ちアーム８よりも厚みのある上
部電極９が設けられているため、接触電極５と絶縁性部
材６との間に生じる歪みによる反りを小さく抑えること
ができる。したがって、接触電極５は絶えず基板１に対
して平行な状態を保つことができ、片当たりによる接触
抵抗の増大を抑えることができる。

【００３８】ここで、本実施の形態の動作について説明
する。信号線３ａを介して上部電極９と下部電極４との
間に３０Ｖの電圧を印加すると、静電気力により上部電
極９に基板方向（下向き）に引力が働く。このため、片
持ちアーム８が下側に湾曲して接触電極５が信号線３と
接触するようになる。

【００３９】信号線３は、図１（ｂ）に示すように接触
電極５に対向する位置に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３に電流は流れ
ないが、電圧が印加されて接触電極５が信号線３と接触
した状態では信号線３を電流が流れることができる。こ
のように、下部電極４への電圧印加によって信号線３を
通る電流あるいは信号のオン／オフを制御することがで
きる。また、３０ＧＨｚの信号を扱った場合、従来のＨ
ＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）スイッ
チでの挿入損失が３〜４ｄＢであったのに対し、本実施
の形態のスイッチでは２．５ｄＢという結果が得られ
た。

【００４０】このように本実施の形態では、上部電極９
は導電性の片持ちアーム８を介して導電性の支持部材７
と電気的に接続されているため、上部電極９への電圧印
加を容易に行うことができる。ただし、上部電極９は電
気的に浮遊した状態であっても構わない。その場合、信
号線３ａは不要であり、スイッチを動作させるためには
下部電極４に電圧を印加するだけでよい。

【００４１】また、支持部材７と片持ちアーム８と上部
電極９とを、不純物が一部あるいは全体に拡散された半
導体で作製することができる。その場合、スイッチの動
作時に上部電極９と下部電極４との間に流れる電流は、
極めて小さなものであるから、これら半導体の不純物の
含有量を精密に制御する必要はない。

【００４２】また、以下の作製方法に述べるように片持
ちアーム８の厚さを、他の構成要素に比べて薄く制御す
ることも容易である。このように個々の要素の厚さを制
御することによって、剛性の大きな構成要素の中に柔ら
かい片持ちアーム８を作製することができる。したがっ
て、剛性の大きな要素では電圧印加時の変形が基板１に
対して水平に行われ、変形のほとんどが薄い片持ちアー
ム８によってなされることになる。これは、スイッチの
片当たりを低く抑えることに役立つものである。

【００４３】ただし、上部電極９の厚さを、片持ちアー
ム８と同じにしたものも本発明に含むことができる。こ
のような構造は、作製方法が簡略化されるという長所が
ある。

【００４４】なお、本実施の形態の代表的な寸法は、表
１のとおりである。

【００４５】

【表１】 ここで、幅は図１（ａ）の平面図に対して縦方向の長
さ、長さは図１（ａ）の平面図に対して横方向の長さ、
厚さは図１（ｂ）の断面図に対して縦方向の長さをそれ
ぞれ示す。

【００４６】しかし、これら寸法は個々の応用に応じて
設計すべきものであり、上述の数値に限定されるもので
はない。本発明においては、その増大した設計自由度に
より、広い範囲の設計が可能である。

【００４７】ここで、図１に係るマイクロマシンスイッ
チの製造工程について図を参照して説明する。図２，３
は、図１に係るマイクロマシンスイッチの製造工程を示
す断面図である。製造工程について順次説明する。

【００４８】まず、図２（ａ）に示すように、シリコン
からなる基板１１に二酸化シリコン膜からなるパタン１
２を形成し、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡ
Ｈ）等のエッチング液を用いて基板１１を約６μｍほど
エッチングする。ここで、基板１１としては（１００）
面を主面とするシリコンを用いた場合、エッチング速度
の面方位依存性により、エッチング後は（１１１）面が
側面に露出した台形となる。

【００４９】次いで、図２（ｂ）に示すように、新たに
パタン１３を基板１上に形成し、このパタン１３をマス
クにしてマスクの無い領域にボロンを拡散させ、その
後、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１０μｍの深さまで拡散される。その結果、支
持部材７と上部電極９とが作製される。

【００５０】次いで、図２（ｃ）に示すように、片持ち
アーム８に対応する領域のパタン１３を除去してから、
残ったパタン１３をマスクにしてマスクの無い領域にボ
ロンを拡散させる。その結果、支持部材７，片持ちアー
ム８および上部電極９からなるスイッチ本体部１４がで
きあがる。なお、今回はボロンの浅い拡散を行うため、
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２μｍ深さまで拡散される。

【００５１】次いで、図２（ｄ）に示すように、上部電
極９に二酸化シリコン１μｍおよび窒化膜０．０５μｍ
からなる絶縁性部材６を作製する。

【００５２】次いで、図３（ｅ）に示すように、絶縁性
部材６上に金メッキを用いて接触電極５を作製する。

【００５３】次いで、図３（ｆ）に示すように、このよ
うにして作製された基板１１を、金からなる下部電極４
および金からなる信号線３，３ａの形成されたガラス製
の基板１に載置する。この基板１は上述のシリコンプロ
セスとは別個の工程で予め作製しておく。その後、支持
部材７を基板１上に接着する。このとき、シリコンとガ
ラスとの接着には、静電接着技術を利用することができ
る。

【００５４】最後に、図３（ｇ）に示すように、基板１
１をエチレンジアミンピロカテコール等のボロン濃度選
択性が大きいエッチング液に投入し、ボロンが拡散され
ていない部分を溶解する。その結果、基板１上にマイク
ロマシンスイッチを作製することができる。

【００５５】なお、基板１がセラミックあるいはガリウ
ムヒ素等で形成されているのであれば、接着剤を用いて
支持部材７とこれらの基板とを接着させることも可能で
ある。もしくは、これら基板の表面にガラスを２〜５μ
ｍ程度スパッタしておくと、静電接着技術を使うことも
可能である。

【００５６】以上のように本実施の形態では、単結晶シ
リコン基板をエッチングすることによって片持ちアーム
８等からなるスイッチ本体部１４を作製している。この
ように、本実施の形態は材料として単結晶体を利用する
ことにより、機械特性として最も信頼性のおける構造体
を作製することができるという利点がある。

【００５７】また、片持ちアーム８を単結晶体のみで作
製しているため、従来例のように複数の材料を張り合わ
せた構造に比べ、熱膨張係数に起因する反りが発生する
ことはない。すなわち、片持ちアーム８の基板１の面に
対して直交する方向に沿った熱膨張係数の変化を、基板
面側とその反対面側とで互いに対称とすることにより、
反りの発生を抑制している。

【００５８】一方、ここに述べた方法以外にも、基板１
上に種々の薄膜を堆積して選択エッチングを利用し、本
発明の構造をもつスイッチを作製することも可能であ
る。例えば、スイッチ本体部１４を単結晶シリコンでは
なく、アモルファスシリコン、ポリシリコンまたは高抵
抗の半導体材料（ＧａＡｓ，鉄をドープしたＩｎＰ等）
を使って作製してもよい。また、スイッチ本体部１４を
半導体ではなく、金やアルミニウム等の金属を使って作
製してもよい。

【００５９】次に、本発明のその他の実施の形態につい
て図を参照して説明する。

【００６０】［第２の実施の形態］図４は、本発明の第
２の実施の形態の平面図（ａ）およびそのＢ−Ｂ’線断
面図（ｂ）を示す。同図に示すように、本実施の形態で
は、誘電率の大きなガラス製の基板１上に、シリコンか
らなる支持部材７と、金からなる下部電極４と、金から
なる信号線３が設けられている。また、基板１の裏面に
はアース板２が形成されている。

【００６１】スイッチ本体部１４は、支持部材７と、片
持ちアーム８と、上部電極９との一体構造となってい
る。支持部材７からは、シリコンからなる二本の片持ち
アーム８が基板面に対してほぼ水平に延びている。二本
の片持ちアーム８は、従来例における一本のアームと比
べてアームの回転運動を低く抑えることができ、スイッ
チの片当たり接触を防止するのに役立つ。ただし、条件
に応じて片持ちアーム８の本数を変えればよいのであっ
て、本発明には１本および２本以上の片持ちアーム８を
有する構造が含まれる。

【００６２】ところで、支持部材７と片持ちアーム８と
の接続部分においては、その表面におけるなす角α，β
が、それぞれ鈍角（９０°＜α，β＜１８０°）となる
ように調整することが好ましい。このようにすることに
より、片持ちアーム８の強度を高めることができ、１Ｍ
Ｈｚ以上といった高周波数のスイッチング動作を可能と
する。

【００６３】片持ちアーム８の先端には、シリコンから
なる上部電極９が設けられている。上部電極９は、下部
電極４と空間的な隙間を介して対向している。支持部材
７は、基板１上に形成されている信号線３ａに接続され
ており、この信号線３ａは、支持部材７および片持ちア
ーム８を介して上部電極９と電気的に接続されている。

【００６４】また、二酸化シリコンあるいは窒化シリコ
ン膜等の絶縁体膜からなる絶縁性部材６が、上部電極９
の下面から始まって信号線３に対向する位置まで延びて
いる。この信号線３に対向する絶縁性部材６の下側の位
置には、金からなる接触電極５が設けられている。な
お、高周波信号をスイッチングする場合は、信号線３と
容量結合可能な範囲で接触電極５の表面を絶縁体膜で覆
ってもよい。逆に信号線３を絶縁体膜で覆っても構わな
い。

【００６５】接触電極５と対向する絶縁性部材６の上側
には、シリコンからなる補強部材１０が設けられてい
る。これは、接触電極５と絶縁性部材６との間に生じる
歪みによる反りを小さく抑えるために設けられたもので
ある。このように、補強部材１０を設けることにより、
接触電極５は絶えず基板１に対して平行な状態を保つこ
とができ、片当たりによる接触抵抗の増大を抑えること
ができる。なお、補強部材１０は、絶縁性部材６の材料
や膜厚等によっては必ずしも必要ではなく、これがない
構造も本発明に含まれる。

【００６６】ここで、本実施の形態の動作について説明
する。上部電極９と下部電極４との間に３０Ｖの電圧を
印加すると、静電気力により上部電極９に基板方向（下
側）に引力が働く。このため、片持ちアーム８が下側に
湾曲して接触電極５が信号線３と接触するようになる。

【００６７】信号線３は、図４（ｂ）に示すように接触
電極５に対向する位置に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３に電流は流れ
ないが、電圧が印加されて接触電極５が信号線３と接触
した状態では信号線３を電流が流れることができる。こ
のように、下部電極４への電圧印加によって信号線３を
通る電流あるいは信号のオン／オフを制御することがで
きる。また、３０ＧＨｚの信号を扱った場合、従来のＨ
ＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）スイッ
チでの挿入損失が３〜４ｄＢであったのに対し、本実施
の形態のスイッチでは０．２ｄＢという結果が得られ
た。

【００６８】本実施の形態では、上部電極９は導電性の
片持ちアーム８を介して導電性の支持部材７と電気的に
接続されているため、上部電極９への電圧印加を容易に
行うことができる。ただし、上部電極９は電気的に浮遊
した状態であっても構わない。その場合、信号線３ａは
不要であり、スイッチを動作させるためには下部電極４
に電圧を印加するだけでよい。

【００６９】また、支持部材７と片持ちアーム８と上部
電極９と補強部材１０とは、不純物が一部あるいは全体
に拡散された半導体から作製することができる。その場
合、スイッチの動作時に上部電極９と下部電極４との間
に流れる電流は、極めて小さなものであるから、これら
半導体の不純物の含有量を精密に制御する必要はない。

【００７０】また、以下の作製方法に述べるように片持
ちアーム８の厚さを、他の構成要素に比べて薄く制御す
ることも容易である。このように個々の要素の厚さを制
御することによって、剛性の大きな構成要素の中に柔ら
かい片持ちアーム８を作製することができる。剛性の大
きな要素では電圧印加時の変形が基板１に対して水平に
行われ、変形のほとんどが薄い片持ちアーム８によって
なされることになる。これは、スイッチの片当たりを低
く抑えることに役立つものである。

【００７１】ただし、上部電極９および補強部材１０の
厚さを、片持ちアーム８と同じにしたものも本発明に含
むことができる。このような構造は、作製方法が簡略化
されるという長所がある。

【００７２】なお、本実施の形態の代表的な寸法は、表
２のとおりである。

【００７３】

【表２】 ここで、幅は図４（ａ）の平面図に対して縦方向の長
さ、長さは図４（ａ）の平面図に対して横方向の長さ、
厚さは図４（ｂ）の断面図に対して縦方向の長さをそれ
ぞれ示す。

【００７４】しかし、これら寸法は個々の応用によって
設計すべきものであり、上述の数値に限定されるもので
はない。本発明においては、その増大した設計自由度に
より、広い範囲の設計が可能である。

【００７５】ここで、図４に係るマイクロマシンスイッ
チの製造工程について図を参照して説明する。図５，６
は、図４に係るマイクロマシンスイッチの製造工程を示
す断面図である。製造工程について順次説明する。

【００７６】まず、図５（ａ）に示すように、シリコン
からなる基板１１に二酸化シリコン膜からなるパタン１
２を形成し、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡ
Ｈ）等のエッチング液を用いて基板１１を約６μｍほど
エッチングする。ここで、基板１１としては（１００）
面を主面とするシリコンを用いた場合、エッチング速度
の面方位依存性により、エッチング後は（１１１）面が
側面に露出した台形となる。

【００７７】次いで、図５（ｂ）に示すように、新たに
パタン１３を基板１上に形成し、このパタン１３をマス
クにしてマスクの無い領域にボロンを拡散させ、その
後、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１０μｍの深さまで拡散される。その結果、支
持部材７と上部電極９と補強部材１０とが作製される。

【００７８】次いで、図５（ｃ）に示すように、片持ち
アームに対応する領域のパタン１３を除去してから、残
ったパタン１３をマスクにしてマスクの無い領域にボロ
ンを拡散させる。その結果、支持部材７，片持ちアーム
８および上部電極９からなるスイッチ本体部１４ができ
あがる。なお、今回はボロンの浅い拡散を行うため、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２μｍ深さまで拡散される。

【００７９】次いで、図５（ｄ）に示すように、上部電
極９から補強部材１０にかけて、二酸化シリコン１μｍ
および窒化膜０．０５μｍからなる絶縁性部材６を作製
する。

【００８０】次いで、図６（ｅ）に示すように、補強部
材１０に対向する絶縁性部材６上に金メッキを用いて接
触電極５を作製する。

【００８１】次いで、図６（ｆ）に示すように、このよ
うにして作製された基板１１を、金からなる下部電極４
および金からなる信号線３，３ａの形成されたガラス製
の基板１に載置する。この基板１は上述のシリコンプロ
セスとは別個の工程で予め作製しておく。その後、支持
部材７を基板１上に接着する。このとき、シリコンとガ
ラスとの接着には、静電接着技術を利用することができ
る。

【００８２】最後に、図６（ｇ）に示すように、基板１
１をエチレンジアミンピロカテコール等のボロン濃度選
択性が大きいエッチング液に投入し、ボロンが拡散され
ていない部分を溶解する。その結果、基板１上にマイク
ロマシンスイッチを作製することができる。

【００８３】なお、基板１がセラミックあるいはガリウ
ム砒素等で形成されているのであれば、接着剤を用いて
支持部材７とこれらの基板とを接着させることも可能で
ある。もしくは、これら基板の表面にガラスを２〜５μ
ｍ程度スパッタしておくと、静電接着技術を使うことが
可能である。

【００８４】以上のように本実施の形態では、単結晶シ
リコン基板をエッチングすることによって片持ちアーム
７等からなるスイッチ本体部１４を作製している。この
ように、本実施の形態は材料として単結晶体を利用する
ことにより、機械特性として最も信頼性のおける構造体
を作製することができるという利点がある。

【００８５】また、片持ちアーム８を単結晶体のみで作
製しているため、従来例のように複数の材料を張り合わ
せた構造に比べ、熱膨張係数に起因する反りが発生する
ことはない。すなわち、片持ちアーム８の基板１の面に
対して直交する方向に沿った熱膨張係数の変化を、基板
面側とその反対面側とで互いに対称とすることにより、
反りの発生を抑制している。

【００８６】一方、ここに述べた方法以外にも、基板１
上に種々の薄膜を堆積して選択エッチングを利用し、本
発明の構造をもつスイッチを作製することも可能であ
る。例えば、スイッチ本体部１４および補強部材１０を
単結晶シリコンではなく、アモルファスシリコン、ポリ
シリコンまたは高抵抗の半導体材料（ＧａＡｓ，鉄をド
ープしたＩｎＰ等）を使って作製してもよい。また、ス
イッチ本体部１４および補強部材１０を半導体ではな
く、金やアルミニウム等の金属を使って作製してもよ
い。

【００８７】［第３の実施の形態］図７は、本発明の第
３の実施の形態の平面図（ａ）および断面図（ｂ）を示
す。同図に示すように、図４と同一符号の構成要素は、
同一または同等の構成要素であることを示している。

【００８８】本実施の形態では、絶縁性部材６ｂが上部
電極９の端面から延びている点が、第２の実施の形態と
大きく異なる点である。この絶縁性部材６ｂは、酸化
膜、窒化膜等の絶縁薄膜によって形成することもできる
が、上部電極９と同一の半導体材料を使って形成するこ
とが可能である。その場合、例えば高抵抗の半導体材料
（ＧａＡｓ，鉄をドープしたＩｎＰ等）で絶縁性部材６
ｂを除く支持部材７，片持ちアーム８および上部電極９
のみに不純物を拡散して抵抗を下げるという方法、また
は、絶縁性部材６ｂの領域に酸素等のイオンを打ち込ん
で抵抗を高くする方法等を利用することができる。本実
施の形態には、補強部材１０を接触電極５に対向する位
置に設けているが、これがない構造も本発明に含まれ
る。

【００８９】また、補強部材１０は、低抵抗または高抵
抗の何れであってもよい。また、本実施の形態では、上
部電極９の下側に絶縁性部材６ｂとは別個に絶縁性部材
６ａが設けられている。これは、上部電極９と下部電極
４との間に電圧を印加したとき、互いに接触して短絡が
起こらないようにするためである。この絶縁性部材６ａ
の厚さは、接触電極５よりも薄くすることが望ましい。

【００９０】また、絶縁性部材６ａは図７（ｂ）のよう
に上部電極９の下面に設けられてもよいし、下部電極４
の上面に設けられていてもよい。または、上部電極９の
下面および下部電極４の上面の両者に設けられていても
よい。また、本実施の形態では、第１の実施の形態のも
のと比べて、絶縁性部材６ｂが基板１に対して上側に位
置するようになったため、接触電極５と信号線３との隙
間が大きく取れるようになる。このため、オフ時の静電
容量が小さくなり、オフ時の漏れ電流を小さく抑えるこ
とが可能となる。

【００９１】以上の実施の形態では、基板１の具体例と
してガラス基板をあげて説明した。ガラス基板はガリウ
ムヒ素基板に比べて安価であり、多数のスイッチを集積
化することが要求されるフェーズドアレイアンテナ等の
応用において有望な材料である。しかし、本発明の構造
はこれに限られるものではなく、ガリウムヒ素、シリコ
ン、セラミック、プリント基板等においても有効であ
る。

【００９２】また、上部電極９に穴を開けることによ
り、上部電極９と下部電極４との間に存在する空気によ
るスクイーズ効果を減少させる手法も本発明に含まれ
る。本発明では、上部電極９および補強部材１０によっ
て絶縁性部材６ｂの強度を補強することが容易である。
このため、内部に複数個の穴を設けたとしても、可動部
全体の剛性は十分に大きく保つことが可能である。さら
に、絶縁性部材６ｂ，接触電極５および補強部材１０に
も穴をあけ、空気を通しやすくするとスクイーズ効果を
著しく抑えることが可能である。

【００９３】［第４の実施の形態］図８は、本発明の第
４の実施の形態を示す平面図である。同図において、図
１における同一符号のものは同一または同等の構成要素
を示す。図８に示すように、本実施の形態は下部電極４
を信号線３のギャップ中に設けたものである。もちろ
ん、下部電極４は信号線３の端部よりも低い位置に設け
られており、片持ちアーム８が下側に湾曲して接触電極
５が信号線３の端部と接触することはあっても、接触電
極５が下部電極４と接触するようなことはない。

【００９４】このように、アームの少しでも先の方に下
部電極４を設けることにより、僅かな静電気力でアーム
を稼働させることができ、ひいては下部電極４に印加す
る電圧値を小さくすることができる。もちろん、このよ
うな構成で高周波信号を扱った場合、信号線３を流れる
信号が下部電極４に漏れ易いといえる。したがって、こ
のような構成では、ＤＣや低周波の信号のみを扱うよう
にするとよい。

【００９５】［第５の実施の形態］図９は、本発明の第
５の実施の形態を示す断面図である。同図において、図
１における同一符号のものは同一または同等の構成要素
を示す。図９に示すように、本実施の形態は信号線３を
挟んで２個の支持部材７を基板１上に配設している。し
たがって、上部電極９は各支持部部材７からそれぞれ延
びている片持ちアーム８に接続され、両側で支持した構
造となっている。また、十分な静電気力を発生させるた
め、上部電極９の下には信号線３を挟んで２個所に下部
電極４が配設されている。

【００９６】このように、複数の支持部材７を使って上
部電極９を支持した構成も、本発明に含まれる。また、
支持部材７の個数をさらに増やして２個以上にしてもよ
く、そのような構造も本発明に含まれる。

【００９７】［第６の実施の形態］図１０は、本発明の
第６の実施の形態を示す断面図である。同図において、
図１における同一符号のものは同一または同等の構成要
素を示す。図１０に示すように、本実施の形態はスイッ
チ本体部１４の表面を酸化させるなどし、片持ちアーム
８を、シリコン層８ａとそれを両側から挟む酸化シリコ
ン層８ｂとかなる構造にしたものである。このように、
両側の酸化シリコン層８ｂの厚さを等しくしてやれば、
基板１側とその反対側の熱膨張係数は対称となるため、
高温処理を行っても片持ちアーム８の反りは抑制され
る。

【００９８】［第７の実施の形態］図１１は、本発明の
第７の実施の形態を示す断面図である。同図において、
図１０における同一符号のものは同一または同等の構成
要素を示す。図１１に示すように、本実施の形態は片持
ちアーム８を２種以上の材料からなる薄膜を交互に積層
した超格子構造を有するものである。第６の実施の形態
同様に、本実施の形態においても、基板１側の熱膨張係
数とその反対側の熱膨張係数とを対称にすることができ
るため、温度変化による片持ちアーム８のそりを抑制す
ることができる。

【００９９】［第８の実施の形態］第１〜７の実施の形
態に係るマイクロマシンスイッチを、フェーズドアレイ
アンテナに適用した例について説明する。以下に示すよ
うに、上述のマイクロマシンスイッチは、ＤＣ〜高周波
信号まで幅広く適用することができ、特にフェーズドア
レイアンテナ装置に適用すると効果的である。

【０１００】図１２は、特願平１０−１７６３６７号に
開示されたフェーズドアレイアンテナ装置を示すブロッ
ク図である。同図に示すように、フェーズドアレイアン
テナ装置は、Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）のアンテナ２
３を有し、アンテナ２３は移相回路２４に接続されてい
る。この移相回路２４は、データ分配回路２４ａと、こ
のデータ分配回路２４ａに接続されたＭ個のデータラッ
チ回路２４ｂと、このデータラッチ回路２４ｂ接続され
た移相器２４ｃとによって構成されている。

【０１０１】したがって、各アンテナ２３はＮビット
（Ｎは自然数）の移相器２４ｃにそれぞれ接続され、各
移相器２４ｃは分配合成器２２を介して給電部２１に接
続されている。

【０１０２】また、データ分配回路２４ａは、制御装置
２０に接続されている。なお、データ分配回路２４ａお
よびデータラッチ回路２４ｂは、基板上に薄膜トランジ
スタ回路（ＴＦＴ回路）で実現されている。

【０１０３】また、移相器２４ｃは、各ビット毎に上述
のマイクロマシンスイッチを備えており、各データラッ
チ回路２４ｂは各移相器２４ｃのマイクロマシンスイッ
チに接続されている。このように、同図に示されたフェ
ーズドアレイアンテナ装置では、従来外付けＩＣだった
移相器の駆動回路をＴＦＴ回路で構成し、移相器２４ｃ
等と同一層に形成している。

【０１０４】次に、図１２に示されたフェーズドアレイ
アンテナ装置の動作について説明する。制御装置２０
は、予め設定されているアンテナ２３の位置と使用する
周波数とに基づいて、放射ビームを所望の方向に向ける
のに最適な移相量をＮビットの精度で計算し、その結果
を制御信号としてデータ分配回路２４ａに出力する。デ
ータ分配回路２４ａは、各データラッチ回路２４ｂに制
御信号を分配する。

【０１０５】アンテナ２３における電波の放射方向は、
全てのアンテナ２３について一斉に切り換えられる。そ
の際、各データラッチ回路２４ｂは、ビーム方向を切り
換えるためのタイミング信号に同期して、保持データを
入力データである制御信号に書き換え、保持データ（制
御信号）に基づき、移相器２４ｃが必要とするビットの
マイクロマシンスイッチに対して駆動電圧を一斉に印加
する。

【０１０６】マイクロマシンスイッチに駆動電圧が印加
されると、マイクロマシンスイッチは回路を閉じて、そ
のマイクロマシンスイッチが含まれるビットをオン状態
にする。そして、移相器２４ｃのどのビットがオン状態
になるかで、その移相器２４ｃの移相量が設定される。

【０１０７】各移相器２４ｃは、このようにして設定さ
れた移相量だけ高周波信号の位相を変え、各アンテナ２
３に給電する。そして、各アンテナ２３は、給電位相に
応じた位相の放射をし、その放射が等位相面が生成する
ことにより、この等位相面と垂直な方向に放射ビームを
形成する。

【０１０８】次に、図１２に係るフェーズドアレイアン
テナ装置の詳細な構造について説明する。図１３は、フ
ェーズドアレイアンテナ装置を示す分解斜視図である。
同図に示されるように、全体構成は多層構造となってい
る。すなわち、分配合成層Ｌ１と、誘電体層Ｌ２と、給
電用スロット層Ｌ３と、誘電体層Ｌ４と、放射素子と移
相器とＴＦＴ回路とからなる層（以下、移相回路層とい
う）Ｌ５と、誘電体層Ｌ６と、無給電素子層Ｌ７とがそ
れぞれ密着して張り合わされている。

【０１０９】各層は、フォトリソグラフィおよびエッチ
ング技術、および、接着技術等を利用して多層化されて
いる。例えば、無給電素子層Ｌ７および移相回路層Ｌ５
は、誘電体層Ｌ６の各面に形成された金属膜に対して、
フォトリソグラフィおよびエッチング技術を施して形成
される。給電用スロット層Ｌ３は、誘電体層Ｌ４の片面
に形成された金属膜に対して、フォトリソグラフィおよ
びエッチング技術を施すことによって形成される。

【０１１０】さて、無給電素子層Ｌ７には、複数の無給
電素子３２が形成されている。この無給電素子３２は、
アンテナの帯域を広げるために用いられ、誘電体層Ｌ６
を介して移相回路層Ｌ５の放射素子と電磁結合されてい
る。また、誘電体層Ｌ６には、比誘電率が２〜１０程度
の誘電体が用いられる。例えば、ガラスを用いれば製造
コストを低減させることができ、誘電体層のうちの少な
くとも一層にガラスを用いるのが望ましい。なお、製造
コストの問題を無視すれば、誘電体層Ｌ６に比誘電率の
高いアルミナや比誘電率の低い発泡材等の誘電体を使用
してもよい。

【０１１１】次いで、移相回路層Ｌ５には、図１２に示
されたアンテナ２３の一部と、移相回路２４と、アンテ
ナ２３に給電するためのストリップライン等が形成され
ている。

【０１１２】次いで、誘電体層Ｌ４は、アルミナ等の比
誘電率が３〜１２程度の誘電体で形成されている。次い
で、給電用スロット層Ｌ３は、導電性を有する金属によ
って形成され、給電用結合手段である給電用スロット３
０が複数形成されている。なお、給電用スロット層３０
は、誘電体層Ｌ４に適宜設けられたスルーホールを介し
て移相回路層Ｌ５と接続され、移相回路層Ｌ５の接地と
して機能する。

【０１１３】次いで、分配合成層Ｌ１には、複数の分配
合成器２２が形成されている。分配合成器２２は、給電
用スロット層Ｌ３に設けられた給電用スロット３０を介
して移相回路層Ｌ５と電磁的に結合されている。１個の
分配合成器２２と１個の給電用スロット３０とは、１個
の給電ユニットを構成し、各ユニットはマトリックス状
に配置されている。ただし、マトリックス状に配置され
ていないものも本発明に含まれる。

【０１１４】なお、放射素子３２は、マトリックス状に
配置されていてもよいし、単に２次元的に配列されてい
るだけでもよい。あるいは一方向に整列配置されていて
もよい。また、図１３では分配合成器２２と移相回路層
Ｌ５とが、給電用スロット層Ｌ３を介して電磁的に結合
されているが、分配合成器２２と移相回路層Ｌ５とが給
電ピン等の他の給電用結合手段で接続されている場合に
おいては、同一面に形成されていてもよい。

【０１１５】次に、図１３に示された移相回路層Ｌ５に
ついて詳細に説明する。図１４は、移相回路層Ｌ５の１
ユニットを示す平面図である。同図に示すようにガラス
基板等の誘電体層Ｌ６には、放射素子４１、移相器群４
０およびデータラッチ回路４６が形成されている。ただ
し、データラッチ回路４６は移相器４０ａ〜４０ｄの各
ビット毎に設けられている。

【０１１６】また、ストリップライン４２は、放射素子
４１から移相器群４０を介して、図１３に示された給電
用スロット３０に対応する位置まで配設されている。そ
して、放射素子４１としては、例えばパッチアンテナ、
プリンテッドダイポール、スロットアンテナ、アパーチ
ャ素子等が使用される。ストリップライン４２として
は、マイクロストリップ線路、トリプレート線路、コプ
レーナ線路、スロット線路等の分布定数線路が使用され
る。

【０１１７】また、図１４に示す移相器群４０は、全体
で４ビットの移相器を構成しており、すなわち４個の移
相器４０ａ，４０ｂ，４０ｃおよび４０ｄによって構成
されている。各移相器４０ａ〜４０ｄは、それぞれ給電
する位相を２２．５゜，４５゜，９０゜，１８０゜だけ
変化させることができ、ストリップラインとマイクロマ
シンスイッチとで構成されている。

【０１１８】ここで、移相器４０ａ〜４０ｃは、ストリ
ップライン４２と接地４３との間に接続された２個のス
トリップライン４４と、ストリップライン４４の途中に
接続されたマイクロマシンスイッチ４５とで構成されて
いる。これらの移相器は、ローデッドライン形移相器を
構成している。

【０１１９】一方、移相器４０ｄでは、ストリップライ
ン４２の途中に接続されたマイクロマシンスイッチ４５
ａと、コの字型のストリップライン４４ａと、ストリッ
プライン４４ａと接地４３との間に接続されたマイクロ
マシンスイッチ４５ａとで構成されている。この移相器
は、スイッチドライン形移相器を構成している。

【０１２０】一般に、移相量が小さい場合にはローデッ
ドライン形の方が良い特性が得られ、移相量が大きい場
合にはスイッチドライン形の方が良い特性が得られる。
そのため、２２．５゜，４５゜，９０゜の移相器として
ローデッドライン形を用い、１８０゜の移相器としてス
イッチドライン形を用いている。もちろん、移相器４０
ａ〜４０ｃに、スイッチドライン形を用いることも可能
である。

【０１２１】各移相器４０ａ〜４０ｄに含まれる２個の
マイクロマシンスイッチ（４５または４５ａ）は、その
近傍に配設されたデータラッチ回路４６に接続され、デ
ータラッチ回路４６が出力する駆動電圧によって同時に
動作する。このように、ストリップライン４２に流れる
高周波信号は、移相器群４０の働きにより、その給電位
相が変化させられる。

【０１２２】なお、データラッチ回路４６を、各マイク
ロマシンスイッチの近傍に配置する代わりに、複数のデ
ータラッチ回路を一カ所にまとめて配置し、そこから配
線を延ばして各マイクロマシンスイッチを駆動するよう
にしてもよい。また、１個のデータラッチ回路を複数の
異なるユニットのマイクロマシンスイッチに接続しても
よい。

【０１２３】図１５は、ローデッドライン形の移相器に
用いられたマイクロマシンスイッチ４５周辺を拡大した
平面図である。同図に示すように、２個のマイクロマシ
ンスイッチ４５は、２個のストリップライン４４に対し
て左右対称となるように配設されている。また、これら
マイクロマシンスイッチ４５は、図示しない１個のデー
タラッチ回路に接続され、データラッチ回路から同時に
駆動電圧（外部電圧）が供給される。もちろん、このマ
イクロマシンスイッチ４５としては、第１〜７の実施の
形態で述べたものを使用することができる。

【０１２４】

【発明の効果】以上説明したとおり本発明は、機械的剛
性の小さな梁部材の基板面側における熱膨張係数の変化
とその反対面側における熱膨張係数の変化とが互いに対
称となっている。このため、従来例のように異種材料間
に生じる歪みによって起こる反りが著しく緩和される。
ちなみに、試作したスイッチを測定してみたところ、片
当たり等で生じる接触抵抗のばらつきが小さくなり、特
性のそろったスイッチを多量に作製することができるよ
うになった。

【０１２５】これに加えて、絶縁性部材の下側に設けら
れた接触電極と対向して、絶縁性部材の上側に補強部材
を設けたので、接触電極と絶縁部材との間に生じる歪み
による反りが小さく抑えられて、接触電極が基板に対し
て平行に保たれ、片当たりによる接触抵抗の増大を抑え
ることができる。 あるいは、第１および第２の信号線
のギャップ中に、これら信号線の端部より低い位置に下
部電極を設け、この下部電極に対向するよう上部電極を
片持ちアームにより延在して設けたので、アームの先の
方に下部電極を設けることができ、僅かな静電気力でア
ームを稼働させることができ、ひいては下部電極に印加
する電圧値を小さくすることができる。

【０１２６】また、片持ちアームを基板と直交する厚み
方向に沿った膨張係数が対象となるよう配置された２種
類以上の材料から構成することにより、基板側の熱膨張
係数とその反対側の熱膨張係数とを対称にでき、温度変
化による片持ちアームの反りを抑制することができる。

【０１２７】さらに、厚さ方向の自由度が増大したた
め、アームの幅を減少することができ、スイッチの寸法
を小さくすることが可能となった。

【０１２８】以上の優れた効果により、本発明のマイク
ロマシンスイッチは、個々ばらばらにして使用する単純
なスイッチ応用に留まらず、大面積の基板上に数万個の
オーダで集積化することが要求されるフェーズドアレイ
アンテナへの適用を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す平面図
（ａ）およびそのＡ−Ａ’線断面図（ｂ）である。

【図２】 図１に係るマイクロマシンスイッチの製造工
程を示す断面図である。

【図３】 図２の続きの製造工程を示す断面図である。

【図４】 本発明の第２の実施の形態を示す平面図
（ａ）およびそのＢ−Ｂ’線断面図（ｂ）である。

【図５】 図４に係るマイクロマシンスイッチの製造工
程を示す断面図である。

【図６】 図５の続きの製造工程を示す断面図である。

【図７】 本発明の第３の実施の形態を示す平面図
（ａ）およびそのＣ−Ｃ’線断面図（ｂ）である。

【図８】 本発明の第４の実施の形態を示す平面図であ
る。

【図９】 本発明の第５の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図１０】 本発明の第６の実施の形態を示す断面図で
ある。

【図１１】 本発明の第７の実施の形態を示す断面図で
ある。

【図１２】 フェーズドアレイアンテナ装置（本発明の
第８の実施の形態）を示すブロック図である。

【図１３】 図１２に係るフェーズドアレイアンテナ装
置の詳細な構成を示す分解斜視図である。

【図１４】 図１３に係る移相回路を示す平面図であ
る。

【図１５】 図１４に係るマイクロマシンスイッチの周
辺を示す平面図である。

【図１６】 従来例を示す平面図（ａ）およびそのＤ−
Ｄ’線断面図（ｂ）である。

【符号の説明】

１…基板 ２…アース板 ３，３ａ…信号線 ４…下部電極 ５…接触電極 ６，６ｂ…絶縁性部材 ６ａ…絶縁体膜 ７…支持部材 ８…片持ちアーム ８ａ…シリコン層 ８ｂ…酸化シリコン層 ９…上部電極 １０…補強部材 １１…基板 １２，１３…パタン １４…スイッチ本体部 ２０…制御装置 ２１…給電部 ２２…分配合成器 ２３…アンテナ ２４…移相回路 ２４ａ…データ分配回路 ２４ｂ…データラッチ回路 ２４ｃ…移相器 ３０…給電用スロット ３１…移相回路 ３２…無給電素子 ４０…移相器群 ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ…移相器 ４１…放射素子 ４２…ストリップライン ４３…接地 ４４，４４ａ…ストリップライン ４５，４５ａ…マイクロマシンスイッチ ４６…データラッチ回路 Ｌ１…分配合成層 Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６…誘電体層 Ｌ３…給電用スロット層 Ｌ５…移相回路層 Ｌ７…無給電素子層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｑ 23/00 Ｈ０１Ｑ 23/00 (72)発明者 陳 曙光 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA09 AA11 AB03 AB05 AB06 CA03 CA06 DB04 EA02 FA07 FA31 HA05 5J046 AA19 AB07 AB08 AB13 PA07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に設けられた第１の信号線と、前
   記基板上に設けられかつ前記第１の信号線の端部から所
   定のギャップを隔てて端部が設けられた第２の信号線と
   の間の導通／非導通を制御するマイクロマシンスイッチ
   において、 前記基板上に前記ギャップと近接して設けられた導電性
   を有する支持部材と、 前記基板上で前記ギャップと前記支持部材との間に設け
   られた下部電極と、 前記支持部材に前記基板と平行して設けられた導電性お
   よび可撓性を有する片持ちアームと、 この片持ちアームにより前記下部電極と対向して支持さ
   れ、前記下部電極への電圧印加に応じて下部電極側への
   引力が働く上部電極と、 この上部電極に前記基板と平行して設けられた絶縁性部
   材と、 この絶縁性部材の前記基板側における前記ギャップと対
   向する位置に設けられ、前記上部電極に対する前記引力
   に応じて前記第１および第２の信号線と接触することに
   より前記第１および第２の信号線の間を導通させる接触
   電極と、 前記絶縁性部材の下側に設けられた前記接触電極と対向
   して、前記絶縁性部材の上側に設けられた補強部材とを
   備え、 前記片持ちアームは、前記基板と直交する厚み方向に沿
   って対称となる熱膨張係数を有することを特徴とするマ
   イクロマシンスイッチ。
2. 【請求項２】 基板上に設けられた第１の信号線と、前
   記基板上に設けられかつ前記第１の信号線の端部から所
   定のギャップを隔てて端部が設けられた第２の信号線と
   の間の導通／非導通を制御するマイクロマシンスイッチ
   において、 前記基板上に前記ギャップと近接して設けられた導電性
   を有する支持部材と、 前記基板上の前記ギャップ内で前記第１および第２の信
   号線より低い位置に設けられた下部電極と、 前記支持部材に前記基板と平行して設けられた導電性お
   よび可撓性を有する片持ちアームと、 この片持ちアームにより前記下部電極と対向して支持さ
   れ、前記下部電極への電圧印加に応じて下部電極側への
   引力が働く上部電極と、 この上部電極に前記基板と平行して設けられた絶縁性部
   材と、 この絶縁性部材の前記基板側における前記ギャップと対
   向する位置に設けられ、前記上部電極に対する前記引力
   に応じて前記第１および第２の信号線と接触することに
   より前記第１および第２の信号線の間を導通させる接触
   電極と、 前記絶縁性部材の下側に設けられた前記接触電極と対向
   して、前記絶縁性部材の上側に設けられた補強部材とを
   備え、 前記片持ちアームは、前記基板と直交する厚み方向に沿
   って対称となる熱膨張係数を有することを特徴とするマ
   イクロマシンスイッチ。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のマイクロマシン
   スイッチにおいて、 前記片持ちアームは、前記基板と直交する厚み方向に沿
   った熱膨張係数が対称となるように配置された２種類以
   上の材料から構成されていることを特徴とするマイクロ
   マシンスイッチ。
4. 【請求項４】 移相回路と、この移相回路に接続された
   複数のアンテナとからなるフェーズドアレイアンテナ装
   置において、 請求項１から３のいずれか一項記載のマイクロマシンス
   イッチを前記移相回路のマイクロマシンスイッチとして
   用いたことを特徴とするフェーズドアレイアンテナ装
   置。