スイッチとその製造方法
【課題】他の実装用パッケージを必要としない安価なスイッチを提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも一方に外部電極を設けた二枚の基板９、１０を貼り合わせて内部に空隙部を形成し、この空隙部に、下部電極層２０、圧電体層２１、上部電極層２２を順に積層して形成した駆動部１６と、これら上部電極層２２、下部電極層２０および圧電体層２１の少なくとも一部からなる弾性体部１７を介して、前記空隙部内に両持ちで支持、懸架された第一の電極部１９と、この第一の電極部１９と一定の間隔で対向配置された第二の電極部２４を設けた。
【解決手段】少なくとも一方に外部電極を設けた二枚の基板９、１０を貼り合わせて内部に空隙部を形成し、この空隙部に、下部電極層２０、圧電体層２１、上部電極層２２を順に積層して形成した駆動部１６と、これら上部電極層２２、下部電極層２０および圧電体層２１の少なくとも一部からなる弾性体部１７を介して、前記空隙部内に両持ちで支持、懸架された第一の電極部１９と、この第一の電極部１９と一定の間隔で対向配置された第二の電極部２４を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチに関するものであり、特に数十ＧＨｚの信号周波数まで機能するマイクロスイッチとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話や無線ＬＡＮなどの無線通信機器では、送信と受信信号の切替えや内蔵アンテナと外部アンテナなどの切替える用途の一部に高周波で切替え可能なスイッチが用いられている。携帯電話では、利用されている周波数帯域やその種類から広い周波数帯域に対応できるスイッチが求められている。
【０００３】
最近では、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｏｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ：以下「ＭＥＭＳ」と呼ぶ）を利用して微小構造のスイッチを形成することにより、数ＧＨｚの周波数帯域に対応した例が提案されている。
【０００４】
図１８は、ＭＥＭＳにより形成したマイクロスイッチの一例を説明するための外観斜視図である。駆動部は片持ち構造のアクチュエータであり、基板１上に設けた固定部２を固定端として、この固定部２上にアクチュエータ３を他端に向けて延伸させている。このアクチュエータ３の自由端３ａ側の底面には第一の電極４が設けられており、この第一の電極４に対向して基板１上には第二の電極５が設けられている。アクチュエータ３は、その下方より、下部電極６、圧電体７、上部電極８で構成されており、この上、下部電極８、６に電圧を印加させることで圧電体７を反らし、先端に設けた第一の電極４と第二の電極５との間隔を変化させることによりスイッチ動作を行うものである。
【０００５】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００６−３４６８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のアクチュエータ３を用いて微小構造のスイッチを構成する場合、信頼性や取扱いを考慮して、セラミックパッケージなどの実装用凹部を設けた筐体を別に準備し、この筐体へアクチュエータ３を実装した後、内部を真空あるいは不活性ガス雰囲気に置換し気密封止する必要がある。そのため、実装やパッケージなどによりコストが高くなるという課題があった。
【０００７】
そこで本発明は、パッケージ一体型の安価なスイッチ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】
【０００８】
そして上記目的を達成するために、本発明は、表面に設けた有底の第一の溝部上に、下部電極層と、圧電体層と、上部電極層を順に積層してなる駆動部と、これら上部、下部電極層および圧電体層の少なくとも一部からなる弾性体部を介して二辺を保持、懸架された第一の電極部を備えた第一の基板と、裏面に第一、第二の外部電極を有し、表面に設けた第二の溝部の底部に、その一部が第一の貫通電極を介して前記第一の外部電極へ接続された第二の電極部と、前記第二の外部電極へ接続された第二の貫通電極を備えた第二の基板とからなり、これら第一、第二の基板を貼り合わせることで、前記第一、第二の電極部を一定の間隔で対向させるとともに、前記上部、下部電極層と第二の外部電極とを接続させたものであって、この第二の外部電極を介して内部の上部、下部電極層に電圧を印加し圧電体層を反らせ、前記第一、第二の電極部間の間隔を変化させることで、第一の外部電極の切替え動作を行うスイッチとした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のスイッチは、少なくとも一方に外部電極を設けた二枚の基板を貼り合わせて内部に空隙部を形成し、この空隙部に、下部電極層、圧電体層、上部電極層を順に積層して形成した駆動部と、これら上部、下部電極層および圧電体層の少なくとも一部からなる弾性体部を介して、前記空隙部内に両持ちで支持、懸架された第一の電極部と、この第一の電極部と一定の間隔で対向配置された第二の電極部を設けたものである。前記外部電極は、貫通電極を介して第二の電極部に接続された第一の外部電極と、駆動部の上部、下部電極に接続された第二の外部電極とからなり、この第二の外部電極を介して電圧を印加し、圧電体層を反らせて第一、第二の電極部間の間隔を変化させることで、第一の外部電極の切替え動作を行うものである。このように、第一、第二の基板を用いてウエハプロセスで一括してスイッチの動作部を形成するとともに気密封止することができるので、実装が不要で新たなパッケージ等を必要としない安価なスイッチを提供できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図を用いて詳細を説明する。
【００１１】
図１は、本発明のスイッチの一例を説明するための外観斜視図である。
【００１２】
本実施の形態におけるスイッチは、シリコンやガラスなどからなる絶縁性の第一の基板９と、第二の基板１０とを貼り合わせ、その内部にスイッチの動作部を内包するものである。スイッチの天面、すなわち第二の基板１０の裏面側には、内部に導通した複数の外部電極１１、１２、１３、１４が形成されている。例えば、第一の外部電極１１、１２は、内部の伝送線路に、第二の外部電極１３、１４はスイッチ動作を行う動作部に接続されており、この第二の外部電極１３、１４に通電して電圧を印加することで、第一の外部電極１１、１２のオン、オフや切り替えなどのスイッチ動作を行うものである。
【００１３】
次に内部構造の詳細を、断面図を用いて説明する。図２はスイッチの内部構造であり、図１のＡ−ＡＡ断面図である。
【００１４】
下方より第一の基板９であるが、その表面には有底の第一の溝部１５が設けてあり、さらに、この第一の溝部１５の周縁部から駆動部１６と弾性体部１７を第一の溝部１５上に延伸させ、その弾性体部１７の先端にスイッチの短絡片となる導電体部１８を形成した第一の電極部１９が支持されている。本実施の形態は、第一の電極部１９の対向する二辺を、これら弾性体部１７と駆動部１６を介して両持ちで支持することで、第一の電極部１９は第一の溝部１５上に懸架された状態にある。
【００１５】
第一の電極部１９とそれを支持する弾性体部１７は、その下方より、白金からなる下部電極層２０と、この下部電極層２０上にチタン酸ジルコン酸鉛（以降「ＰＺＴ」と記す）からなる圧電体層２１を積層して形成している。また、第一の電極部１９に設けた導電体部１８は、圧電体層２１上に金からなる電極層を形成した後、さらにその最表層にＴａ2Ｏ5を形成している。この最表層のＴａ2Ｏ5は、伝送線路など他の電極に当接した時に両者が固着する、いわゆるスティッキング現象を防止するためのものである。
【００１６】
駆動部１６は、上述した白金、ＰＺＴからなる下部電極層２０、圧電体層２１上に、さらにクロムからなる上部電極層２２を数ミクロンの厚みで形成している。また、下部電極層２０を露出させた第一の取出し電極２２ａと、上部電極層２２につながっている第二の取出し電極２２ｂを、駆動部１６が支持されている第一の溝部１５の周縁部に対向して設けている。
【００１７】
次に上方の第二の基板１０であるが、第一の基板９に対向する底面（表面）には、第一の基板９と同様に有底の第二の溝部２３が設けられている。さらにこの第二の溝部２３の底部には、伝送線路となる第二の電極部２４と、導電性材料で充填された貫通孔２５が複数設けられている。この貫通孔２５を介して第二の電極部２４は、天面（裏面）に設けられた第一の外部電極１１、１２（図１）に接続されている。
【００１８】
第一、第二の有底の溝部１５、２３を対向させて、これら第一、第二の基板９、１０を貼り合わせることで、内部に空隙部を形成するとともに、第一の電極部１９と第二の電極部２４は一定の間隔で対向させる。また、第一、第二の取り出し電極２２ａ、２２ｂは、金属や導電性ペーストからなるバンプなどを介して第二の外部電極１３、１４へ接続されている。これら第二の外部電極１３、１４に通電することにより上部、下部電極層２０、２２に電圧を印加して圧電体層２１を反らせ、懸架されている第一の電極部１９を上下に駆動させる。そして、第一の電極部１９と第二の電極部２４を当接と離脱、あるいは両電極部間の容量を変化させることで第一の外部電極１１、１２間をオン、オフまたは切り替えるスイッチ動作を行うものである。
【００１９】
尚、第一、第二の基板９、１０の接続には接着剤を用いても良いが、内部を不活性ガスや真空に置換する場合は出ガスを考慮して陽極接合や直接接合、金属接合などを選択する。
【００２０】
次に、第一、第二の基板９、１０それぞれの構造について、斜視図を用いてその詳細を説明する。
【００２１】
図３は、貼り合わせ前の第一の基板９を説明するための斜視図である。
【００２２】
シリコンやガラスなどからなる絶縁性の第一の基板９と、この基板の一部に設けた有底の第一の溝部１５と、この第一の溝部１５の上方に配置されて、スイッチの短絡片となる導電体部１８を形成した第一の電極部１９と、弾性体部１７と駆動部１６とからなり、弾性体部１７側の一端で第一の電極部１９を、駆動部１６側の一端で第一の溝部１５の周縁部に支持することで、第一の電極部１９を第一の溝部１５の上に両持ちで懸架している。
【００２３】
本実施の形態では、第一の電極部１９の外形を矩形とし、弾性体部１７と駆動部１６を第一の溝部１５の短辺側周縁部より、それぞれ二本略平行となるように配置している。そして、これら二本の弾性体部１７と駆動部１６で、第一の電極部１９の対向する二辺の両端部をそれぞれ支持することで、第一の電極部１９を両持ち構造で第一の溝部１５の上に懸架しているものである。このように略平行に二本の弾性体部１７および駆動部１６で第一の電極部１９を支持、懸架することにより、振動などが加わった場合であっても第一の電極部１９が捩れることがないので、確実に切替え動作を行うことができる。
【００２４】
また、第一の電極部１９は、略中央にスイッチの短絡片となる導電体部１８と、それを囲むように貫通部２６が設けられている。この貫通部２６により、第一の電極部１９は一定の空隙が設けられた桟形状となっており、この貫通部２６の非形成領域である桟の幅は、少なくとも駆動部１６の幅より狭くしている。
【００２５】
弾性体部１７は、駆動部１６を形成している下部電極層２０と圧電体層２１とからなり、上面から見たとき、その外形は略Ｓ字の折り返し形状となっている。この弾性体部１７がバネとして作用することで、駆動部１６を反らせたときに生じる第一の電極部１９への応力を、伸縮することで緩和し、破損することなく繰り返し上下に駆動させることができる。このとき重要なのが、弾性体部１７の形状である。弾性体部１７の共振周波数は、少なくともスイッチの応答速度（振動周波数）より大きくなるように略Ｓ字の折り返し形状を設計する。こうすることで、第一の電極部１９を共振させることなく、所望の応答速度で動作させることができる。また、この弾性体部１７の幅と折り返しの間隔は、少なくとも幅に対して空隙が大きくなるように設計する。
【００２６】
本実施の形態では、上述したように第一の電極部１９を、弾性体部１７を介して駆動部１６により両持ちでかつ、端部の四箇所をそれぞれ支持する。こうすることにより製造工程に起因する駆動部１６の反り量（変位量）のバラツキを緩和し、第一の電極部１９を傾斜させることなく第二の電極部２４に対して略水平に上下動させることができる。さらに、図４に示す図３のＢ−ＢＢ断面図のように、第一の電極部１９に形成した導電体部１８の断面形状を、曲面を有する凸形状とすることで、第一の電極部１９が傾斜した場合であっても、対向する第二の電極部２４に確実に当接させることができる。
【００２７】
次に第二の基板１０について説明する。図５は貼り合わせる前の第二の基板１０であり、第一の基板９と貼り合わせる面（表面）を上にした外観斜視図である。
【００２８】
第二の基板１０は、第一の基板９と同様にシリコンやガラスなどからなる絶縁性の基板からなり、その表面の一部に、エッチング等で形成された有底の第二の溝部２３が設けてある。この第二の溝部２３の底部には、略中央部で分割された伝送線路である第二の電極部２４がさらに設けられている。この第二の電極部２４は、それぞれ第一、第二の貫通孔２５ａ、２５ｂを介して裏面の第一の外部電極１１、１２へ接続されている。また、第二の溝部２３の底部には、第三、第四の貫通孔２５ｃ、２５ｄが形成されており、裏面の第二の外部電極１３、１４とそれぞれ接続されている。尚、これら第一、第二、第三、第四の貫通孔２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄは、はんだなどの金属や導電性ペーストなどの導電性材料で充填されている。
【００２９】
次に製造方法について説明する。
【００３０】
まず初めに第一の基板９について順に説明する。
【００３１】
図６は、第一の基板９の製造方法を説明するための図であり、図３のＣ−ＣＣ断面図である。以下、このＣ−ＣＣ断面図を用いて各工程を追って説明する。
【００３２】
本実施の形態では、第一の基板９としてシリコンを選択した。まず初めに、図６に示すごとく、第一の基板９上の一面に白金からなる下部電極層２０と、ＰＺＴからなる圧電体層２１をスパッタ等により順に積層する。
【００３３】
次に図７に示すごとく、感光性のレジスト等で覆ってパターニングした後、ＣＦ4やＡｒガスによるＩＣＰドライエッチングで下部電極層２０と圧電体層２１の一部を除去し、第一の電極部１９（図１）や弾性体部１７、駆動部１６などを形成する。
【００３４】
次に図８に示すごとく、フッ酸や硝酸などを用いて、下部電極層２０をストッパーとして上層の圧電体層２１をウエットエッチングし、第一の基板９上の一部から下部電極層２０を露出させる。この露出した下部電極層２０が、第一の取出し電極２２ａとなる。
【００３５】
次に図９に示すごとく、このパターニングした表面全面に、クロムからなる上部電極層２２を、蒸着などを用いて形成する。
【００３６】
次に図１０に示すごとく、このクロムからなる上部電極層２２上を再び感光性のレジストで覆いパターニングした後、図７と同様にＩＣＰドライエッチングを用いて上部電極層２２の一部を、駆動部１６を除いて除去する。上記工程により、下部電極層２０と圧電体層２１、さらに上部電極層２２とからなる弾性体部１７、駆動部１６、第一の電極部１９を形成するものである。
【００３７】
次に、図１１に示すごとく、第一の電極部１９の一部に金の電極層、さらに最表層にＴａ2Ｏ5を形成して、短絡片となる導電体部１８を形成する。導電体部１８を形成する際、上記工程と同様に感光性のレジストでパターニングした後、ＩＣＰドライエッチングを用いて行うものである。
【００３８】
最後に、図１２に示すごとく、再び感光性のレジストを塗布してパターニングした後、ドライエッチングを用いて上記で第一の基板９上に形成した駆動部１６、弾性体部１７、第一の電極部１９の直下および周囲の第一の基板９をドライエッチングで除去し、有底の第一の溝部１５を形成する。このドライエッチングにより、駆動部１６、弾性体部１７、第一の電極部１９直下に第一の基板９は除去されるとともに、第一の電極部１９は、弾性体部１７、駆動部１６を介して第一の溝部１５の周縁部に支持されるとともに、この第一の溝部１５上に懸架されるものである。
【００３９】
このとき重要なのが、ドライエッチングに用いるガスの選択と、第一の電極部１９、弾性体部１７、駆動部１６を剥離させる順番である。この工程では、第一の電極部１９や弾性体部１７などの側面から下面へえぐるように回り込ませて、下部電極層２０の直下の第一の基板９をエッチングで除去する必要がある。そのため、シリコンに対して等方性エッチングが可能なＸｅＦ2をエッチング用のガスとして用いた。そして、第一の基板９を除去して懸架させる順番を、初めに第一の電極部１９および弾性体部１７とし、最後に駆動部１６を懸架させるように、それぞれの幅を設計している。これは、先に駆動部１６から第一の基板９を除去して懸架させた後、弾性体部１７と第一の電極部１９を懸架させた場合、駆動部１６の懸架時に生じる応力が弾性体部１７に集中して断裂することを防止するためである。断裂を防止し、第一の基板９を除去して懸架させる順番を制御するため、第一の電極部１９は、導電体部１８の周囲に貫通部２６（図３）を設けて桟のような形状とし、さらに、この桟および弾性体部１７の幅を駆動部１６の幅より充分に狭くすることで、第一の電極部１９と弾性体部１７の直下から順に第一の基板９をエッチングで除去するものである。このように、それぞれの幅の制御のみで、ドライエッチングの条件などを変更する必要がなく、断裂など損傷を与えずに確実に第一の電極部１９と弾性体部１７直下の第一の基板９を除去して懸架させるものである。
【００４０】
上記の工程をウエハで行うことにより、図１３に示すごとくシリコンウエハ２７に第一の基板９を複数個一括して形成するものである。
【００４１】
次に第二の基板１０について説明する。
【００４２】
図１４は、第二の基板１０の製造方法を説明する図であり、図５のＤ−ＤＤ断面図である。本実施の形態では、第二の基板１０としてガラスを用いた。
【００４３】
まず初めに、鏡面加工を施したガラスの一面にフィルムレジストなどの感光性のレジストを塗布しパターニングを行う。このとき、貫通孔２５を形成する箇所はフィルムレジストが除去されてガラスを露出させている。次にサンドブラストなどを用いて露出させたガラス部分を加工し、一定の深さの有底溝を形成する。次にこの一面に対向する裏面にも同様に感光性のレジストを塗布した後、サンドブラストやドライまたはウエットエッチング等を用いて第二の溝部２３を形成する。このときに、先に形成された有底の溝部は、第二の溝部２３を貫通することとなる。次に、第二の溝部２３の底部を貫通したこれら貫通孔２５に、めっき法や印刷法などを用いて銅、ニッケル、金、はんだなどの金属や、導電性ペーストなどを充填した後、これら貫通孔２５の一部に接続するように、第二の溝部２３の略中央を横切る第二の電極部２４を形成する。この第二の電極部２４は、上記の貫通孔２５、第二の溝部２３と同様に感光性のレジストを用いて形成してもよいし、メタルマスクなどを用いて形成してもよい。重要なのは、少なくともその一部が貫通孔２５に重畳させることで電気的に接続させることである。尚、第二の溝部２３の深さは、第一の基板９に形成された第一の電極部１９の反りや上下動する変位量などを考慮して設計するものである。
【００４４】
上記の工程を第一の基板９と同様にウエハで行うことにより、図１５に示すごとくガラスウエハ２８に第二の基板１０を複数個一括して形成するものである。
【００４５】
上記のようにそれぞれのウエハ２７、２８に第一の基板９と第二の基板１０を形成した後、図１６に示すごとく、第一の基板９と第二の基板１０を、それぞれの一面に形成した第一、第二の溝部１５、２３を対向させ、第一、第二の電極部１９、２４が重なるように位置合わせして貼り合わせる。こうすることにより、第一、第二の電極部１９、２４は一定の間隔で対向し、スイッチを構成するこれら第一、第二の電極部１９、２４、弾性体部１７、駆動部１６等を内包させる。この貼り合わせを行う際、第一の基板９の第一、第二の取り出し電極２２ａ、２２ｂ上にはんだなどの金属や導電性ペーストからなる突起などを予め形成しておく。これらの突起を設けることで、貼り合わせと同時に第二の基板１０の裏面に設けた第二の外部電極１３、１４は、突起を介して第一の基板９の下部電極層２０と上部電極層２２に接続される。これら第二の外部電極１３、１４に通電して一定の電圧を印加することにより、駆動部１６、弾性体部１７を介して第一の電極部１９は、第一、第二の溝部１５、２３で形成された空洞内で上下動し、第二の電極部２４に当接と離脱、あるいはこれら電極部間の容量を変化させることでスイッチとして動作するものである。尚、第二の基板１０に設けた貫通孔２５は、上述したように導電性部材で充填されているため、貼り合わせとともに内部の空洞は封止される。そのため、用途に応じて貼り合わせの工程は真空雰囲気あるいは不活性雰囲気中で行うものである。また、第二の基板１０として透明なガラスとすることで、第一、第二の電極部１９、２４を外部から容易に認識して位置合わせの精度を高めることができる。また、第一、第二の基板９、１０の貼り合わせは、接着剤等を用いても良いが、内部を真空雰囲気に置換する場合は、未硬化の接着剤から放出されるガスなどを考慮し、陽極接合や直接接合または金などを用いた金属接合などを選択するものである。尚、第一、第二の基板９、１０の貼り合わせに陽極接合や直接接合を選択する場合、貫通孔２５に充填する金属は、陽極接合や直接接合時の温度で軟化あるいは溶融しない材料を選択する。また、特に陽極接合の場合、第一、第二の基板９、１０間に電圧を印加するわけであるが、このとき、予め第二の外部電極１３、１４を短絡させておく。こうすることにより、陽極接合時に過大な電圧が圧電体層２１にかかることがないので、分極反転を生じさせることなく、良好な圧電特性を維持することができる。
【００４６】
上記の貼り合わせは、図１７に示すごとくウエハで一括して行われるものであり、貼り合わせた後にダイシングやスクライブ等を用いて個々のスイッチに分割するものである。
【００４７】
上述した実施の形態は、第一の基板９と第二の基板１０とをシリコンとガラスの異なる材料としたが、両基板ともにシリコンで形成しても良い。第二の基板１０をシリコン基板とした場合、貼り合わせ時は赤外線カメラなどを用いることで、第一、第二の電極部１９、２４を認識して位置合わせを行うようにする。
【００４８】
このように二枚の基板を貼り合わせて内部にスイッチの駆動部１６を内包するとともに気密封止することで、実装用に新たなパッケージを必要としない安価なスイッチを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のスイッチは、少なくとも一方に外部電極を設けた二枚の基板を貼り合わせて内部に空隙部を形成し、この空隙部に、下部電極層、圧電体層、上部電極層を順に積層して形成した駆動部と、これら上部、下部電極層および圧電体層の少なくとも一部からなる弾性体部を介して、前記空隙部内に両持ちで支持、懸架された第一の電極部と、この第一の電極部と一定の間隔で対向配置された第二の電極部を設けたものである。前記外部電極は、貫通電極を介して第二の電極部に接続された第一の外部電極と、駆動部の上部、下部電極に接続された第二の外部電極とからなり、この第二の外部電極を介して電圧を印加し、圧電体層を反らせて第一、第二の電極部間の間隔を変化させることで、第一の外部電極の切替え動作を行うものである。このように、第一、第二の基板を用いてウエハプロセスで一括してスイッチの動作部を形成するとともに気密封止することができるので、実装が不要で新たなパッケージ等を必要としない安価なスイッチを提供できる効果を奏するので、特に数十ＧＨｚの信号周波数まで機能するマイクロスイッチとその製造方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施の形態におけるスイッチを説明する斜視図
【図２】図１のＡ−ＡＡ断面図
【図３】本発明の一実施の形態におけるスイッチを構成する第一の基板を説明する斜視図
【図４】図３のＢ−ＢＢ断面図
【図５】本発明の一実施の形態におけるスイッチを構成する第二の基板を説明する斜視図
【図６】図３のＣ−ＣＣ断面図
【図７】本発明の一実施の形態におけるスイッチの製造方法を説明する断面図
【図８】本発明の一実施の形態におけるスイッチの製造方法を説明する断面図
【図９】本発明の一実施の形態におけるスイッチの製造方法を説明する断面図
【図１０】本発明の一実施の形態におけるスイッチの製造方法を説明する断面図
【図１１】本発明の一実施の形態におけるスイッチの製造方法を説明する断面図
【図１２】本発明の一実施の形態におけるスイッチの製造方法を説明する断面図
【図１３】本発明の一実施の形態におけるスイッチを構成する第一の基板を形成したウエハの斜視図
【図１４】本発明の一実施の形態におけるスイッチの製造方法を説明する断面図
【図１５】本発明の一実施の形態におけるスイッチを構成する第二の基板を形成したウエハの斜視図
【図１６】本発明の一実施の形態におけるスイッチの製造方法を説明する断面図
【図１７】同スイッチを形成したウエハの斜視図
【図１８】従来のスイッチを説明する斜視図
【符号の説明】
【００５１】
９ 第一の基板
１０ 第二の基板
１５ 第一の溝部
１６ 駆動部
１７ 弾性体部
１８ 導電体部
１９ 第一の電極部
２０ 下部電極層
２１ 圧電体層
２２ 上部電極層
２３ 第二の溝部
２４ 第二の電極部
２５ 貫通孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチに関するものであり、特に数十ＧＨｚの信号周波数まで機能するマイクロスイッチとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話や無線ＬＡＮなどの無線通信機器では、送信と受信信号の切替えや内蔵アンテナと外部アンテナなどの切替える用途の一部に高周波で切替え可能なスイッチが用いられている。携帯電話では、利用されている周波数帯域やその種類から広い周波数帯域に対応できるスイッチが求められている。
【０００３】
最近では、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｏｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ：以下「ＭＥＭＳ」と呼ぶ）を利用して微小構造のスイッチを形成することにより、数ＧＨｚの周波数帯域に対応した例が提案されている。
【０００４】
図１８は、ＭＥＭＳにより形成したマイクロスイッチの一例を説明するための外観斜視図である。駆動部は片持ち構造のアクチュエータであり、基板１上に設けた固定部２を固定端として、この固定部２上にアクチュエータ３を他端に向けて延伸させている。このアクチュエータ３の自由端３ａ側の底面には第一の電極４が設けられており、この第一の電極４に対向して基板１上には第二の電極５が設けられている。アクチュエータ３は、その下方より、下部電極６、圧電体７、上部電極８で構成されており、この上、下部電極８、６に電圧を印加させることで圧電体７を反らし、先端に設けた第一の電極４と第二の電極５との間隔を変化させることによりスイッチ動作を行うものである。
【０００５】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００６−３４６８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のアクチュエータ３を用いて微小構造のスイッチを構成する場合、信頼性や取扱いを考慮して、セラミックパッケージなどの実装用凹部を設けた筐体を別に準備し、この筐体へアクチュエータ３を実装した後、内部を真空あるいは不活性ガス雰囲気に置換し気密封止する必要がある。そのため、実装やパッケージなどによりコストが高くなるという課題があった。
【０００７】
そこで本発明は、パッケージ一体型の安価なスイッチ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】
【０００８】
そして上記目的を達成するために、本発明は、表面に設けた有底の第一の溝部上に、下部電極層と、圧電体層と、上部電極層を順に積層してなる駆動部と、これら上部、下部電極層および圧電体層の少なくとも一部からなる弾性体部を介して二辺を保持、懸架された第一の電極部を備えた第一の基板と、裏面に第一、第二の外部電極を有し、表面に設けた第二の溝部の底部に、その一部が第一の貫通電極を介して前記第一の外部電極へ接続された第二の電極部と、前記第二の外部電極へ接続された第二の貫通電極を備えた第二の基板とからなり、これら第一、第二の基板を貼り合わせることで、前記第一、第二の電極部を一定の間隔で対向させるとともに、前記上部、下部電極層と第二の外部電極とを接続させたものであって、この第二の外部電極を介して内部の上部、下部電極層に電圧を印加し圧電体層を反らせ、前記第一、第二の電極部間の間隔を変化させることで、第一の外部電極の切替え動作を行うスイッチとした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のスイッチは、少なくとも一方に外部電極を設けた二枚の基板を貼り合わせて内部に空隙部を形成し、この空隙部に、下部電極層、圧電体層、上部電極層を順に積層して形成した駆動部と、これら上部、下部電極層および圧電体層の少なくとも一部からなる弾性体部を介して、前記空隙部内に両持ちで支持、懸架された第一の電極部と、この第一の電極部と一定の間隔で対向配置された第二の電極部を設けたものである。前記外部電極は、貫通電極を介して第二の電極部に接続された第一の外部電極と、駆動部の上部、下部電極に接続された第二の外部電極とからなり、この第二の外部電極を介して電圧を印加し、圧電体層を反らせて第一、第二の電極部間の間隔を変化させることで、第一の外部電極の切替え動作を行うものである。このように、第一、第二の基板を用いてウエハプロセスで一括してスイッチの動作部を形成するとともに気密封止することができるので、実装が不要で新たなパッケージ等を必要としない安価なスイッチを提供できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図を用いて詳細を説明する。
【００１１】
図１は、本発明のスイッチの一例を説明するための外観斜視図である。
【００１２】
本実施の形態におけるスイッチは、シリコンやガラスなどからなる絶縁性の第一の基板９と、第二の基板１０とを貼り合わせ、その内部にスイッチの動作部を内包するものである。スイッチの天面、すなわち第二の基板１０の裏面側には、内部に導通した複数の外部電極１１、１２、１３、１４が形成されている。例えば、第一の外部電極１１、１２は、内部の伝送線路に、第二の外部電極１３、１４はスイッチ動作を行う動作部に接続されており、この第二の外部電極１３、１４に通電して電圧を印加することで、第一の外部電極１１、１２のオン、オフや切り替えなどのスイッチ動作を行うものである。
【００１３】
次に内部構造の詳細を、断面図を用いて説明する。図２はスイッチの内部構造であり、図１のＡ−ＡＡ断面図である。
【００１４】
下方より第一の基板９であるが、その表面には有底の第一の溝部１５が設けてあり、さらに、この第一の溝部１５の周縁部から駆動部１６と弾性体部１７を第一の溝部１５上に延伸させ、その弾性体部１７の先端にスイッチの短絡片となる導電体部１８を形成した第一の電極部１９が支持されている。本実施の形態は、第一の電極部１９の対向する二辺を、これら弾性体部１７と駆動部１６を介して両持ちで支持することで、第一の電極部１９は第一の溝部１５上に懸架された状態にある。
【００１５】
第一の電極部１９とそれを支持する弾性体部１７は、その下方より、白金からなる下部電極層２０と、この下部電極層２０上にチタン酸ジルコン酸鉛（以降「ＰＺＴ」と記す）からなる圧電体層２１を積層して形成している。また、第一の電極部１９に設けた導電体部１８は、圧電体層２１上に金からなる電極層を形成した後、さらにその最表層にＴａ2Ｏ5を形成している。この最表層のＴａ2Ｏ5は、伝送線路など他の電極に当接した時に両者が固着する、いわゆるスティッキング現象を防止するためのものである。
【００１６】
駆動部１６は、上述した白金、ＰＺＴからなる下部電極層２０、圧電体層２１上に、さらにクロムからなる上部電極層２２を数ミクロンの厚みで形成している。また、下部電極層２０を露出させた第一の取出し電極２２ａと、上部電極層２２につながっている第二の取出し電極２２ｂを、駆動部１６が支持されている第一の溝部１５の周縁部に対向して設けている。
【００１７】
次に上方の第二の基板１０であるが、第一の基板９に対向する底面（表面）には、第一の基板９と同様に有底の第二の溝部２３が設けられている。さらにこの第二の溝部２３の底部には、伝送線路となる第二の電極部２４と、導電性材料で充填された貫通孔２５が複数設けられている。この貫通孔２５を介して第二の電極部２４は、天面（裏面）に設けられた第一の外部電極１１、１２（図１）に接続されている。
【００１８】
第一、第二の有底の溝部１５、２３を対向させて、これら第一、第二の基板９、１０を貼り合わせることで、内部に空隙部を形成するとともに、第一の電極部１９と第二の電極部２４は一定の間隔で対向させる。また、第一、第二の取り出し電極２２ａ、２２ｂは、金属や導電性ペーストからなるバンプなどを介して第二の外部電極１３、１４へ接続されている。これら第二の外部電極１３、１４に通電することにより上部、下部電極層２０、２２に電圧を印加して圧電体層２１を反らせ、懸架されている第一の電極部１９を上下に駆動させる。そして、第一の電極部１９と第二の電極部２４を当接と離脱、あるいは両電極部間の容量を変化させることで第一の外部電極１１、１２間をオン、オフまたは切り替えるスイッチ動作を行うものである。
【００１９】
尚、第一、第二の基板９、１０の接続には接着剤を用いても良いが、内部を不活性ガスや真空に置換する場合は出ガスを考慮して陽極接合や直接接合、金属接合などを選択する。
【００２０】
次に、第一、第二の基板９、１０それぞれの構造について、斜視図を用いてその詳細を説明する。
【００２１】
図３は、貼り合わせ前の第一の基板９を説明するための斜視図である。
【００２２】
シリコンやガラスなどからなる絶縁性の第一の基板９と、この基板の一部に設けた有底の第一の溝部１５と、この第一の溝部１５の上方に配置されて、スイッチの短絡片となる導電体部１８を形成した第一の電極部１９と、弾性体部１７と駆動部１６とからなり、弾性体部１７側の一端で第一の電極部１９を、駆動部１６側の一端で第一の溝部１５の周縁部に支持することで、第一の電極部１９を第一の溝部１５の上に両持ちで懸架している。
【００２３】
本実施の形態では、第一の電極部１９の外形を矩形とし、弾性体部１７と駆動部１６を第一の溝部１５の短辺側周縁部より、それぞれ二本略平行となるように配置している。そして、これら二本の弾性体部１７と駆動部１６で、第一の電極部１９の対向する二辺の両端部をそれぞれ支持することで、第一の電極部１９を両持ち構造で第一の溝部１５の上に懸架しているものである。このように略平行に二本の弾性体部１７および駆動部１６で第一の電極部１９を支持、懸架することにより、振動などが加わった場合であっても第一の電極部１９が捩れることがないので、確実に切替え動作を行うことができる。
【００２４】
また、第一の電極部１９は、略中央にスイッチの短絡片となる導電体部１８と、それを囲むように貫通部２６が設けられている。この貫通部２６により、第一の電極部１９は一定の空隙が設けられた桟形状となっており、この貫通部２６の非形成領域である桟の幅は、少なくとも駆動部１６の幅より狭くしている。
【００２５】
弾性体部１７は、駆動部１６を形成している下部電極層２０と圧電体層２１とからなり、上面から見たとき、その外形は略Ｓ字の折り返し形状となっている。この弾性体部１７がバネとして作用することで、駆動部１６を反らせたときに生じる第一の電極部１９への応力を、伸縮することで緩和し、破損することなく繰り返し上下に駆動させることができる。このとき重要なのが、弾性体部１７の形状である。弾性体部１７の共振周波数は、少なくともスイッチの応答速度（振動周波数）より大きくなるように略Ｓ字の折り返し形状を設計する。こうすることで、第一の電極部１９を共振させることなく、所望の応答速度で動作させることができる。また、この弾性体部１７の幅と折り返しの間隔は、少なくとも幅に対して空隙が大きくなるように設計する。
【００２６】
本実施の形態では、上述したように第一の電極部１９を、弾性体部１７を介して駆動部１６により両持ちでかつ、端部の四箇所をそれぞれ支持する。こうすることにより製造工程に起因する駆動部１６の反り量（変位量）のバラツキを緩和し、第一の電極部１９を傾斜させることなく第二の電極部２４に対して略水平に上下動させることができる。さらに、図４に示す図３のＢ−ＢＢ断面図のように、第一の電極部１９に形成した導電体部１８の断面形状を、曲面を有する凸形状とすることで、第一の電極部１９が傾斜した場合であっても、対向する第二の電極部２４に確実に当接させることができる。
【００２７】
次に第二の基板１０について説明する。図５は貼り合わせる前の第二の基板１０であり、第一の基板９と貼り合わせる面（表面）を上にした外観斜視図である。
【００２８】
第二の基板１０は、第一の基板９と同様にシリコンやガラスなどからなる絶縁性の基板からなり、その表面の一部に、エッチング等で形成された有底の第二の溝部２３が設けてある。この第二の溝部２３の底部には、略中央部で分割された伝送線路である第二の電極部２４がさらに設けられている。この第二の電極部２４は、それぞれ第一、第二の貫通孔２５ａ、２５ｂを介して裏面の第一の外部電極１１、１２へ接続されている。また、第二の溝部２３の底部には、第三、第四の貫通孔２５ｃ、２５ｄが形成されており、裏面の第二の外部電極１３、１４とそれぞれ接続されている。尚、これら第一、第二、第三、第四の貫通孔２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄは、はんだなどの金属や導電性ペーストなどの導電性材料で充填されている。
【００２９】
次に製造方法について説明する。
【００３０】
まず初めに第一の基板９について順に説明する。
【００３１】
図６は、第一の基板９の製造方法を説明するための図であり、図３のＣ−ＣＣ断面図である。以下、このＣ−ＣＣ断面図を用いて各工程を追って説明する。
【００３２】
本実施の形態では、第一の基板９としてシリコンを選択した。まず初めに、図６に示すごとく、第一の基板９上の一面に白金からなる下部電極層２０と、ＰＺＴからなる圧電体層２１をスパッタ等により順に積層する。
【００３３】
次に図７に示すごとく、感光性のレジスト等で覆ってパターニングした後、ＣＦ4やＡｒガスによるＩＣＰドライエッチングで下部電極層２０と圧電体層２１の一部を除去し、第一の電極部１９（図１）や弾性体部１７、駆動部１６などを形成する。
【００３４】
次に図８に示すごとく、フッ酸や硝酸などを用いて、下部電極層２０をストッパーとして上層の圧電体層２１をウエットエッチングし、第一の基板９上の一部から下部電極層２０を露出させる。この露出した下部電極層２０が、第一の取出し電極２２ａとなる。
【００３５】
次に図９に示すごとく、このパターニングした表面全面に、クロムからなる上部電極層２２を、蒸着などを用いて形成する。
【００３６】
次に図１０に示すごとく、このクロムからなる上部電極層２２上を再び感光性のレジストで覆いパターニングした後、図７と同様にＩＣＰドライエッチングを用いて上部電極層２２の一部を、駆動部１６を除いて除去する。上記工程により、下部電極層２０と圧電体層２１、さらに上部電極層２２とからなる弾性体部１７、駆動部１６、第一の電極部１９を形成するものである。
【００３７】
次に、図１１に示すごとく、第一の電極部１９の一部に金の電極層、さらに最表層にＴａ2Ｏ5を形成して、短絡片となる導電体部１８を形成する。導電体部１８を形成する際、上記工程と同様に感光性のレジストでパターニングした後、ＩＣＰドライエッチングを用いて行うものである。
【００３８】
最後に、図１２に示すごとく、再び感光性のレジストを塗布してパターニングした後、ドライエッチングを用いて上記で第一の基板９上に形成した駆動部１６、弾性体部１７、第一の電極部１９の直下および周囲の第一の基板９をドライエッチングで除去し、有底の第一の溝部１５を形成する。このドライエッチングにより、駆動部１６、弾性体部１７、第一の電極部１９直下に第一の基板９は除去されるとともに、第一の電極部１９は、弾性体部１７、駆動部１６を介して第一の溝部１５の周縁部に支持されるとともに、この第一の溝部１５上に懸架されるものである。
【００３９】
このとき重要なのが、ドライエッチングに用いるガスの選択と、第一の電極部１９、弾性体部１７、駆動部１６を剥離させる順番である。この工程では、第一の電極部１９や弾性体部１７などの側面から下面へえぐるように回り込ませて、下部電極層２０の直下の第一の基板９をエッチングで除去する必要がある。そのため、シリコンに対して等方性エッチングが可能なＸｅＦ2をエッチング用のガスとして用いた。そして、第一の基板９を除去して懸架させる順番を、初めに第一の電極部１９および弾性体部１７とし、最後に駆動部１６を懸架させるように、それぞれの幅を設計している。これは、先に駆動部１６から第一の基板９を除去して懸架させた後、弾性体部１７と第一の電極部１９を懸架させた場合、駆動部１６の懸架時に生じる応力が弾性体部１７に集中して断裂することを防止するためである。断裂を防止し、第一の基板９を除去して懸架させる順番を制御するため、第一の電極部１９は、導電体部１８の周囲に貫通部２６（図３）を設けて桟のような形状とし、さらに、この桟および弾性体部１７の幅を駆動部１６の幅より充分に狭くすることで、第一の電極部１９と弾性体部１７の直下から順に第一の基板９をエッチングで除去するものである。このように、それぞれの幅の制御のみで、ドライエッチングの条件などを変更する必要がなく、断裂など損傷を与えずに確実に第一の電極部１９と弾性体部１７直下の第一の基板９を除去して懸架させるものである。
【００４０】
上記の工程をウエハで行うことにより、図１３に示すごとくシリコンウエハ２７に第一の基板９を複数個一括して形成するものである。
【００４１】
次に第二の基板１０について説明する。
【００４２】
図１４は、第二の基板１０の製造方法を説明する図であり、図５のＤ−ＤＤ断面図である。本実施の形態では、第二の基板１０としてガラスを用いた。
【００４３】
まず初めに、鏡面加工を施したガラスの一面にフィルムレジストなどの感光性のレジストを塗布しパターニングを行う。このとき、貫通孔２５を形成する箇所はフィルムレジストが除去されてガラスを露出させている。次にサンドブラストなどを用いて露出させたガラス部分を加工し、一定の深さの有底溝を形成する。次にこの一面に対向する裏面にも同様に感光性のレジストを塗布した後、サンドブラストやドライまたはウエットエッチング等を用いて第二の溝部２３を形成する。このときに、先に形成された有底の溝部は、第二の溝部２３を貫通することとなる。次に、第二の溝部２３の底部を貫通したこれら貫通孔２５に、めっき法や印刷法などを用いて銅、ニッケル、金、はんだなどの金属や、導電性ペーストなどを充填した後、これら貫通孔２５の一部に接続するように、第二の溝部２３の略中央を横切る第二の電極部２４を形成する。この第二の電極部２４は、上記の貫通孔２５、第二の溝部２３と同様に感光性のレジストを用いて形成してもよいし、メタルマスクなどを用いて形成してもよい。重要なのは、少なくともその一部が貫通孔２５に重畳させることで電気的に接続させることである。尚、第二の溝部２３の深さは、第一の基板９に形成された第一の電極部１９の反りや上下動する変位量などを考慮して設計するものである。
【００４４】
上記の工程を第一の基板９と同様にウエハで行うことにより、図１５に示すごとくガラスウエハ２８に第二の基板１０を複数個一括して形成するものである。
【００４５】
上記のようにそれぞれのウエハ２７、２８に第一の基板９と第二の基板１０を形成した後、図１６に示すごとく、第一の基板９と第二の基板１０を、それぞれの一面に形成した第一、第二の溝部１５、２３を対向させ、第一、第二の電極部１９、２４が重なるように位置合わせして貼り合わせる。こうすることにより、第一、第二の電極部１９、２４は一定の間隔で対向し、スイッチを構成するこれら第一、第二の電極部１９、２４、弾性体部１７、駆動部１６等を内包させる。この貼り合わせを行う際、第一の基板９の第一、第二の取り出し電極２２ａ、２２ｂ上にはんだなどの金属や導電性ペーストからなる突起などを予め形成しておく。これらの突起を設けることで、貼り合わせと同時に第二の基板１０の裏面に設けた第二の外部電極１３、１４は、突起を介して第一の基板９の下部電極層２０と上部電極層２２に接続される。これら第二の外部電極１３、１４に通電して一定の電圧を印加することにより、駆動部１６、弾性体部１７を介して第一の電極部１９は、第一、第二の溝部１５、２３で形成された空洞内で上下動し、第二の電極部２４に当接と離脱、あるいはこれら電極部間の容量を変化させることでスイッチとして動作するものである。尚、第二の基板１０に設けた貫通孔２５は、上述したように導電性部材で充填されているため、貼り合わせとともに内部の空洞は封止される。そのため、用途に応じて貼り合わせの工程は真空雰囲気あるいは不活性雰囲気中で行うものである。また、第二の基板１０として透明なガラスとすることで、第一、第二の電極部１９、２４を外部から容易に認識して位置合わせの精度を高めることができる。また、第一、第二の基板９、１０の貼り合わせは、接着剤等を用いても良いが、内部を真空雰囲気に置換する場合は、未硬化の接着剤から放出されるガスなどを考慮し、陽極接合や直接接合または金などを用いた金属接合などを選択するものである。尚、第一、第二の基板９、１０の貼り合わせに陽極接合や直接接合を選択する場合、貫通孔２５に充填する金属は、陽極接合や直接接合時の温度で軟化あるいは溶融しない材料を選択する。また、特に陽極接合の場合、第一、第二の基板９、１０間に電圧を印加するわけであるが、このとき、予め第二の外部電極１３、１４を短絡させておく。こうすることにより、陽極接合時に過大な電圧が圧電体層２１にかかることがないので、分極反転を生じさせることなく、良好な圧電特性を維持することができる。
【００４６】
上記の貼り合わせは、図１７に示すごとくウエハで一括して行われるものであり、貼り合わせた後にダイシングやスクライブ等を用いて個々のスイッチに分割するものである。
【００４７】
上述した実施の形態は、第一の基板９と第二の基板１０とをシリコンとガラスの異なる材料としたが、両基板ともにシリコンで形成しても良い。第二の基板１０をシリコン基板とした場合、貼り合わせ時は赤外線カメラなどを用いることで、第一、第二の電極部１９、２４を認識して位置合わせを行うようにする。
【００４８】
このように二枚の基板を貼り合わせて内部にスイッチの駆動部１６を内包するとともに気密封止することで、実装用に新たなパッケージを必要としない安価なスイッチを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のスイッチは、少なくとも一方に外部電極を設けた二枚の基板を貼り合わせて内部に空隙部を形成し、この空隙部に、下部電極層、圧電体層、上部電極層を順に積層して形成した駆動部と、これら上部、下部電極層および圧電体層の少なくとも一部からなる弾性体部を介して、前記空隙部内に両持ちで支持、懸架された第一の電極部と、この第一の電極部と一定の間隔で対向配置された第二の電極部を設けたものである。前記外部電極は、貫通電極を介して第二の電極部に接続された第一の外部電極と、駆動部の上部、下部電極に接続された第二の外部電極とからなり、この第二の外部電極を介して電圧を印加し、圧電体層を反らせて第一、第二の電極部間の間隔を変化させることで、第一の外部電極の切替え動作を行うものである。このように、第一、第二の基板を用いてウエハプロセスで一括してスイッチの動作部を形成するとともに気密封止することができるので、実装が不要で新たなパッケージ等を必要としない安価なスイッチを提供できる効果を奏するので、特に数十ＧＨｚの信号周波数まで機能するマイクロスイッチとその製造方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施の形態におけるスイッチを説明する斜視図
【図２】図１のＡ−ＡＡ断面図
【図３】本発明の一実施の形態におけるスイッチを構成する第一の基板を説明する斜視図
【図４】図３のＢ−ＢＢ断面図
【図５】本発明の一実施の形態におけるスイッチを構成する第二の基板を説明する斜視図
【図６】図３のＣ−ＣＣ断面図
【図７】本発明の一実施の形態におけるスイッチの製造方法を説明する断面図
【図８】本発明の一実施の形態におけるスイッチの製造方法を説明する断面図
【図９】本発明の一実施の形態におけるスイッチの製造方法を説明する断面図
【図１０】本発明の一実施の形態におけるスイッチの製造方法を説明する断面図
【図１１】本発明の一実施の形態におけるスイッチの製造方法を説明する断面図
【図１２】本発明の一実施の形態におけるスイッチの製造方法を説明する断面図
【図１３】本発明の一実施の形態におけるスイッチを構成する第一の基板を形成したウエハの斜視図
【図１４】本発明の一実施の形態におけるスイッチの製造方法を説明する断面図
【図１５】本発明の一実施の形態におけるスイッチを構成する第二の基板を形成したウエハの斜視図
【図１６】本発明の一実施の形態におけるスイッチの製造方法を説明する断面図
【図１７】同スイッチを形成したウエハの斜視図
【図１８】従来のスイッチを説明する斜視図
【符号の説明】
【００５１】
９ 第一の基板
１０ 第二の基板
１５ 第一の溝部
１６ 駆動部
１７ 弾性体部
１８ 導電体部
１９ 第一の電極部
２０ 下部電極層
２１ 圧電体層
２２ 上部電極層
２３ 第二の溝部
２４ 第二の電極部
２５ 貫通孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に設けた有底の第一の溝部上に、下部電極層と、圧電体層と、上部電極層を順に積層してなる駆動部と、これら上部、下部電極層および圧電体層の少なくとも一部からなる弾性体部を介して二辺を保持、懸架された第一の電極部を備えた第一の基板と、裏面に第一、第二の外部電極を有し、表面に設けた第二の溝部の底部に、その一部が第一の貫通電極を介して前記第一の外部電極へ接続された第二の電極部と、前記第二の外部電極へ接続された第二の貫通電極を備えた第二の基板とからなり、これら第一、第二の基板を貼り合わせることで、前記第一、第二の電極部を一定の間隔で対向させるとともに、前記上部、下部電極層と第二の外部電極とを接続させたものであって、この第二の外部電極を介して内部の上部、下部電極層に電圧を印加し圧電体層を反らせ、前記第一、第二の電極部間の間隔を変化させることで、第一の外部電極の切替え動作を行うスイッチ。
【請求項２】
第一の電極部は、略平行に設けられた二本の弾性体部および駆動部で対向する二辺の両端を保持するとともに懸架した請求項１に記載のスイッチ。
【請求項３】
第一の電極部の周囲に貫通部を設けた請求項１または請求項２に記載のスイッチ。
【請求項４】
弾性体部は、略Ｓ字の折り返し形状である請求項１〜３のいずれかに記載のスイッチ。
【請求項５】
弾性体部の幅は、駆動部の幅より狭くした請求項４に記載のスイッチ。
【請求項６】
第一の基板の表面に、下部電極層と、圧電体層と、上部電極層を順に積層しながらパターニングすることで弾性体部と駆動部および第一の電極部を形成する第一の工程と、前記弾性体部を構成する下部電極層または上部電極層とそれぞれ接続された第一、第二の取り出し電極を形成する第二の工程と、これら弾性体部と駆動部ならびに第一の電極部の直下とその周囲をエッチングすることにより前記第一の基板を除去し、有底の第一の溝部を形成するとともに、この第一の溝部上に弾性体部と駆動部を介して前記第一の電極部を保持し懸架する第三の工程と、第二の基板の表面に有底の第二の溝部を形成する第四の工程と、この第二の溝部の底面に、第一の貫通電極を介して裏面の第一の外部電極に接続された第二の電極部と、裏面の第二の外部電極と接続された第二の貫通電極を形成する第五の工程と、前記第一、第二の基板を貼り合わせて第一、第二の電極部を一定間隔で対向させるとともに、第二の貫通電極を第一、第二の取り出し電極に接続する第六の工程とからなるスイッチの製造方法。
【請求項７】
第一の工程は、初めに第一の電極部と弾性体部の直下をエッチングして懸架し、その後に駆動部直下をエッチングして懸架する請求項６に記載のスイッチの製造方法。
【請求項１】
表面に設けた有底の第一の溝部上に、下部電極層と、圧電体層と、上部電極層を順に積層してなる駆動部と、これら上部、下部電極層および圧電体層の少なくとも一部からなる弾性体部を介して二辺を保持、懸架された第一の電極部を備えた第一の基板と、裏面に第一、第二の外部電極を有し、表面に設けた第二の溝部の底部に、その一部が第一の貫通電極を介して前記第一の外部電極へ接続された第二の電極部と、前記第二の外部電極へ接続された第二の貫通電極を備えた第二の基板とからなり、これら第一、第二の基板を貼り合わせることで、前記第一、第二の電極部を一定の間隔で対向させるとともに、前記上部、下部電極層と第二の外部電極とを接続させたものであって、この第二の外部電極を介して内部の上部、下部電極層に電圧を印加し圧電体層を反らせ、前記第一、第二の電極部間の間隔を変化させることで、第一の外部電極の切替え動作を行うスイッチ。
【請求項２】
第一の電極部は、略平行に設けられた二本の弾性体部および駆動部で対向する二辺の両端を保持するとともに懸架した請求項１に記載のスイッチ。
【請求項３】
第一の電極部の周囲に貫通部を設けた請求項１または請求項２に記載のスイッチ。
【請求項４】
弾性体部は、略Ｓ字の折り返し形状である請求項１〜３のいずれかに記載のスイッチ。
【請求項５】
弾性体部の幅は、駆動部の幅より狭くした請求項４に記載のスイッチ。
【請求項６】
第一の基板の表面に、下部電極層と、圧電体層と、上部電極層を順に積層しながらパターニングすることで弾性体部と駆動部および第一の電極部を形成する第一の工程と、前記弾性体部を構成する下部電極層または上部電極層とそれぞれ接続された第一、第二の取り出し電極を形成する第二の工程と、これら弾性体部と駆動部ならびに第一の電極部の直下とその周囲をエッチングすることにより前記第一の基板を除去し、有底の第一の溝部を形成するとともに、この第一の溝部上に弾性体部と駆動部を介して前記第一の電極部を保持し懸架する第三の工程と、第二の基板の表面に有底の第二の溝部を形成する第四の工程と、この第二の溝部の底面に、第一の貫通電極を介して裏面の第一の外部電極に接続された第二の電極部と、裏面の第二の外部電極と接続された第二の貫通電極を形成する第五の工程と、前記第一、第二の基板を貼り合わせて第一、第二の電極部を一定間隔で対向させるとともに、第二の貫通電極を第一、第二の取り出し電極に接続する第六の工程とからなるスイッチの製造方法。
【請求項７】
第一の工程は、初めに第一の電極部と弾性体部の直下をエッチングして懸架し、その後に駆動部直下をエッチングして懸架する請求項６に記載のスイッチの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−１４０７９９（Ｐ２００９−１４０７９９Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１６９０１（Ｐ２００７−３１６９０１）
【出願日】平成１９年１２月７日（２００７．１２．７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月７日（２００７．１２．７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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