スイッチ装置および試験装置
【課題】接点同士が凝着しないように剛性をもたせたアクチュエータ
【解決手段】第１接点が設けられた接点部と、第２接点を移動させて第１接点と接触または離間させるアクチュエータと、を備え、アクチュエータは、積層された第１圧電膜および第２圧電膜と、第１圧電膜における第２圧電膜とは反対の面側に設けられた第１絶縁層と、第２圧電膜における第１圧電膜とは反対の面側に設けられた第２絶縁層と、を有するスイッチ装置を提供する。
【解決手段】第１接点が設けられた接点部と、第２接点を移動させて第１接点と接触または離間させるアクチュエータと、を備え、アクチュエータは、積層された第１圧電膜および第２圧電膜と、第１圧電膜における第２圧電膜とは反対の面側に設けられた第１絶縁層と、第２圧電膜における第１圧電膜とは反対の面側に設けられた第２絶縁層と、を有するスイッチ装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ装置および試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電膜と当該圧電膜に電圧を印加する電極とを積層させたアクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２００１−１９１３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このようなアクチュエータは、圧電膜を伸縮させて動作させて接点を接触または離間させるスイッチとして用いた場合、接点同士が凝着して接点を離間させることができなくなることがあった。また、このようなアクチュエータは、異なる材料を積層させて形成するので、電圧を印加しない初期状態において、圧電膜の応力等によりそりが生じていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、第１接点が設けられた接点部と、第２接点を移動させて第１接点と接触または離間させるアクチュエータと、を備え、アクチュエータは、積層された第１圧電膜および第２圧電膜と、第１圧電膜における第２圧電膜とは反対の面側に設けられた第１絶縁層と、第２圧電膜における第１圧電膜とは反対の面側に設けられた第２絶縁層と、を有するスイッチ装置を提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施形態に係るスイッチ装置１００の構成例を示す。
【図２】本実施形態に係るスイッチ装置１００の側面図を示す。
【図３】本実施形態に係るスイッチ装置１００の第１の変形例を示す。
【図４】本実施形態に係るスイッチ装置１００の第２の変形例を示す。
【図５】本実施形態に係る試験装置４１０の構成例を被試験デバイス４００と共に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、本実施形態に係るスイッチ装置１００の構成例を示す。図２は、本実施形態に係るスイッチ装置１００の側面図を示す。スイッチ装置１００は、第１接点１２２と、第２接点１３４とを接触または離間させるスイッチ装置であって、アクチュエータに剛性を持たせて接点同士が凝着することを防止する。スイッチ装置１００は、パッケージ等に密封されて収容されてよい。スイッチ装置１００は、基板１１０と、第１接点部１２０と、アクチュエータ１３０と、台座部１４０と、電源部１８０と、モニタ部３００とを備える。
【０００９】
基板１１０は、第１接点部１２０が設けられる平坦な第１面を有する。基板１１０は、絶縁体でよい。基板１１０は、絶縁性のガラス基板でよく、これに代えてシリコン等の半導体基板等でよい。基板１１０は、ビア１１２と、配線部１１４とをさらに有してよい。また、基板１１０は、第１接点部１２０が設けられる第１面とは異なる第２面に配線部１１４を有してよい。スイッチ装置１００がパッケージに収容される場合、基板１１０は、当該パッケージの一部であってよい。
【００１０】
ビア１１２は、第１接点部１２０と配線部１１４とを電気的に接続する金属で形成される。ビア１１２は、導電性材料が充填されて密閉性を保つように形成されてよい。ビア１１２は、基板１１０に設けられる第１接点部１２０の数または表面積に応じて、基板１１０に複数備わってよい。
【００１１】
配線部１１４は、スイッチ装置１００を通過させる信号を伝送する。配線部１１４は、少なくとも１つのビア１１２に対して信号を送信または受信させるべく、基板１１０の第２面に設けられる配線パターンでよい。配線部１１４は、ランド、コネクタ、アンテナ等を含み、外部からスイッチ装置１００に通過させる信号を送受信してよい。
【００１２】
第１接点部１２０は、第１接点１２２が設けられる。第１接点１２２は、突部のない平面であってよい。第１接点部１２０は、アルミニウム、タングステン、パラジウム、ロジウム、金、白金、ルテニウム、インジウム、イリジウム、モリブデン、および／またはニッケルを含んでよい。ここで、第１接点１２２は、これらの材料を含む２以上の材料の合金であってよい。
【００１３】
本実施例において、スイッチ装置１００は、２つの第１接点部１２０が基板１１０に設けられ、２つの第１接点１２２と１つの第２接点１３４とが接触／離間する。例えば、スイッチ装置１００は、一方の第１接点１２２ａから第２接点１３４を介して他方の第１接点１２２ｂへの信号伝送をＯＮ／ＯＦＦする。この場合、配線部１１４は、外部からの信号を第１接点１２２ａへと伝送し、スイッチ装置１００がＯＮの場合に当該信号を第１接点１２２ｂから外部へと伝送する。
【００１４】
アクチュエータ１３０は、第２接点１３４を移動させて第１接点１２２と接触または離間させる。アクチュエータ１３０は、半導体プロセスによって形成されてよい。アクチュエータ１３０は、第２接点部１３２と、積層された第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８と、支持層１５０と、第１圧電膜１３６の電極層１６２および電極層１６４と、第２圧電膜１３８の電極層１７２および電極層１７４と、露出部１９０と、第１絶縁層３１０と、第２絶縁層３２０とを有する。
【００１５】
第２接点部１３２は、第２接点１３４が設けられる。第２接点部１３２は、第１接点部１２０と同様の金属を含んでよい。第２接点１３４は、第１接点１２２に面で接触するように、突部のない平面であってもよい。これに代えて、第２接点１３４は、第１接点１２２の破壊または劣化を防ぐように、半球状の形状でよく、これに代えて先端を丸めた針状の形状であってもよい。一例として、第２接点１３４は、第１接点１２２と接触して伝送線路を形成する場合に、伝送する信号の周波数に応じた伝送線路幅等を形成するように、予め定められた形状で設けられてよい。
【００１６】
第１圧電膜１３６は、駆動電圧に応じて伸縮してアクチュエータ１３０のそり量を変化させる。第１圧電膜１３６は、駆動電圧を印加された場合に、アクチュエータ１３０の長さ方向に伸縮して、第１接点１２２と第２接点１３４との距離が変化する方向にアクチュエータ１３０を湾曲させるように配される。
【００１７】
第１圧電膜１３６は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のウルツ鉱型の結晶、又は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）、若しくはチタン酸バリウム（ＢＴＯ）等のペロブスカイト系強誘電体等を用いてよい。第１圧電膜１３６は、例えば、幅方向Ｗに９０μｍ、長さ方向Ｌに７５０μｍ、厚さ方向Ｈに１μｍのＰＺＴの圧電膜である。
【００１８】
第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と並行して設けられ、第１圧電膜１３６に駆動電圧を印加しない状態におけるアクチュエータ１３０のそりを抑える。第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と同様に、ペロブスカイト系強誘電体等を用いてよい。第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と略同一の材料で、かつ、第１圧電膜１３６と略同一の形状で形成されることが望ましい。第２圧電膜１３８は、例えば、幅方向Ｗに９０μｍ、長さ方向Ｌに７５０μｍ、厚さ方向Ｈに１μｍのＰＺＴの圧電膜である。
【００１９】
ここで、ＰＺＴを成膜する場合にチタン酸鉛（ＰＴ）を成膜してからＰＺＴを成膜してよい。これによって、ＰＺＴは、結晶性良く成膜することができる。
【００２０】
ここで、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８は、アクチュエータ１３０の厚さ方向における中心面の両側に設けられる。また、第１圧電膜および第２圧電膜は、アクチュエータ１３０の厚さ方向における中心面からの距離および厚さが略同一でよい。これによって、第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６の応力により生じるアクチュエータ１３０のそりを抑える。第１圧電膜１３６は、本実施例のように異なる材質の膜の面上に積層されるので、加工形成された後に残留応力によって変形し、アクチュエータ１３０にそりを生じさせる。
【００２１】
第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と略同一の材料で、かつ、第１圧電膜１３６と略同一の形状で形成され、アクチュエータ１３０の第１圧電膜１３６が形成される面と反対側に設けられる。したがって、第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６によって生じるそりと反対方向にそるように働く応力を生じさせ、アクチュエータ１３０のそりを抑えることができる。
【００２２】
また、第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６の温度変化に伴う伸縮により生じるアクチュエータ１３０のそりを抑える。第１圧電膜１３６は、異なる熱膨張計数の材質の膜の面上に積層されるので、温度変化に伴って熱応力によって変形し、アクチュエータ１３０にそりを生じさせる。
【００２３】
第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と略同一の材料で、かつ、第１圧電膜１３６と略同一の形状で形成され、アクチュエータ１３０の第１圧電膜１３６が形成される面と反対側に設けられる。したがって、第２圧電膜１３８は、温度変化によって生じるそりに対しても反対方向にそるように働く応力を生じさせ、アクチュエータ１３０の温度変化に伴うそりを抑えることができる。
【００２４】
支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の間に設けられる。支持層１５０は、力の印加によって変形する弾性を有し、第１圧電膜１３６が伸縮して力を印加することによって、アクチュエータ１３０は湾曲する。また、支持層１５０は、アクチュエータ１３０が撓みすぎるのを抑制する剛性を有し、第１圧電膜１３６の力の印加が停止すると、アクチュエータ１３０は初期位置に戻る。支持層１５０は、アルミニウム、金、白金等の導電体、ガラス等の絶縁体、またはシリコン等の半導体を用いてよい。
【００２５】
電極層１６２および電極層１６４は、第１圧電膜１３６の上面と下面とにそれぞれ備わり、第１圧電膜１３６に駆動電圧を印加する。電極層１６２および電極層１６４は、アクチュエータ１３０の長さ方向Ｌに延伸する平板形状を有してよい。電極層１６２および電極層１６４は、アルミニウム、金、白金、銅、インジウム、タングステン、モリブデン、ルテニウム、イリジウム等の低抵抗で加工が容易な金属でよく、ルテニウムオキサイド（ＲｕＯ２）、イリジウムオキサイド（ＩｒＯ２）等酸化物電極、または、シリコン等の半導体を用いてもよい。
【００２６】
電極材料としてシリコンを用いる場合には、不純物を高濃度にドープしたシリコンを用いることが好ましい。電極層１６２および電極層１６４は、一例として、厚さ方向Ｈの厚さが０．２μｍの白金である。ここで、白金をスパッタ等の真空蒸着で成膜する場合、チタン、タンタル等を成膜してから白金を成膜してよい。
【００２７】
電極層１７２および電極層１７４は、第２圧電膜１３８の上面と下面とにそれぞれ備わり、第２圧電膜１３８の変位電圧をモニタ部３００に供給する。また、電極層１７２および電極層１７４は、第２圧電膜１３８に駆動電圧を印加してもよい。電極層１７２および電極層１７４は、アクチュエータ１３０の長さ方向Ｌに延伸する平板形状を有してよい。電極層１７２および電極層１７４は、電極層１６２および電極層１６４と略同一の形状、および略同一の材質でよい。また、電極層１７２は、電極層１６２と略同一の形状および略同一の材質でよく、電極層１７４は、電極層１６４と略同一の形状および略同一の材質でよい。
【００２８】
露出部１９０は、アクチュエータ１３０の可動端である先端部において、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８が設けられていない支持層１５０である。第２接点１３４は、露出部１９０に設けられてよい。これに代えて、第２接点１３４は、第１絶縁層３１０の可動端側に設けられてもよい。この場合、支持層１５０は、支持層１５０の端部まで第１圧電膜１３６、電極層１６２、電極層１６４、および第１絶縁層３１０で覆われてよい。
【００２９】
台座部１４０は、基板１１０において、第１接点部１２０の近傍で第１接点部１２０と離間した位置に配される。台座部１４０は、ＳｉＯ２等の絶縁体を用いてもよい。これに代えて、台座部１４０は、シリコンまたはガラス等によって形成される基板１１０の一部であってよい。なお、台座部１４０の厚みは、アクチュエータ１３０の最大変位量と同等もしくはそれ以下であってよい。ここで、アクチュエータ１３０の最大変位量とは、第１圧電膜１３６に印加できる最大の駆動電圧を印加した場合における、アクチュエータ１３０の変位量を意味する。
【００３０】
アクチュエータ１３０は、一例として、台座部１４０を介して基板１１０上に固定される。アクチュエータ１３０は、長さ方向Ｌの一方の端部で台座部１４０に支持される。第１圧電膜１３６に電圧を印加すると、アクチュエータ１３０において台座部１４０に支持されていない第２接点部側の端部は、厚さ方向に屈曲する（図中、下向きに変位する）、若しくは、反り返る（図中、上向きに変位する）ことができる。
【００３１】
電源部１８０は、第１圧電膜１３６に駆動電圧を印加する。電源部１８０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを接触させてスイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に、第１圧電膜１３６に第１駆動電圧を印加する。また、電源部１８０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを離間させてスイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、第１圧電膜１３６への駆動電圧の供給を停止してよい。これに代えて、電源部１８０は、スイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、第１圧電膜１３６に第１駆動電圧と異なる予め定められた駆動電圧を印加してもよい。
【００３２】
モニタ部３００は、アクチュエータ１３０のそり量を検出する。モニタ部３００は、電極層１７２および電極層１７４に接続され、支持層１５０の変位により第２圧電膜１３８に生成される変位電圧を検出する。これによって、電極層１７２および電極層１７４は、電極層１６２および電極層１６４と形状および材質が略同一で、アクチュエータ１３０の厚さ方向の中心面に対し略対称に積層されてアクチュエータ１３０のそりを抑えつつ、そり量を検出するモニタ部３００の電極として用いることができる。
【００３３】
また、モニタ部３００は、電源部１８０がアクチュエータ１３０に供給する駆動電圧に対するアクチュエータ１３０のそり量を検出して、スイッチ装置１００のＯＮ／ＯＦＦ切り換え動作が正常に動作しているか否かをモニタしてもよい。これに代えて、モニタ部３００は、電極層１７２および電極層１７４に接続され、支持層１５０の変位により第１圧電膜１３６に生成される変位電圧を検出してもよい。
【００３４】
第１絶縁層３１０は、第１圧電膜１３６における第２圧電膜１３８とは反対の面側に設けられる。第２絶縁層３２０は、第２圧電膜１３８における第１圧電膜１３６とは反対の面側に設けられる。
【００３５】
第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０は、アクチュエータ１３０の厚さ方向Ｈにおける中心面の両側に設けられる。第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０は、略同一の形状および材質で積層されてよい。また、第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０は、アクチュエータ１３０の厚さ方向Ｈにおける中心面からの距離および厚さが略同一であってよい。
【００３６】
これによって、アクチュエータ１３０は、２つの絶縁層による高い剛性を持つことができる。また、アクチュエータ１３０は、一方の絶縁層によって生じる残留応力および熱応力等と、他方の絶縁層によって生じる残留応力および熱応力等とを、略同一にさせてアクチュエータ１３０のそりを抑えることができる。
【００３７】
ここで、第１圧電膜１３６、第２圧電膜１３８、第１絶縁層３１０、および第２絶縁層３２０は、半導体プロセスによって成膜される。これによって、アクチュエータ１３０を小型にすることができ、また、再現性よく、大量に生産することもできる。
【００３８】
また、第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の焼成温度に加熱しても破壊されない材質で形成される。第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８をＰＺＴ等で形成する場合、焼成温度が７００℃以上に達する場合もある。したがって、第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の焼成温度に加熱しても、割れ、掛け、またはヒビ等の物理的な破壊が生じない材質で形成することが望ましい。
【００３９】
また、第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の焼成温度に加熱しても圧電膜または電極層と化学反応を生じ難い材質で形成されることが望ましい。第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０は、圧電膜の焼成温度の加熱によって、圧電膜または電極層と化合物を形成して、割れ、掛け、またはヒビ等の物理的な破壊が生じない材質で形成することが望ましい。また、この場合、第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０は、圧電膜の焼成温度の加熱によって、第１圧電膜１３６または第２圧電膜１３８の圧電定数等の膜特性を劣化させない材質で形成することが望ましい。
【００４０】
また、第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０は、ＳｉＯ２およびＳｉＮの少なくとも一方を含んでよい。これより、アクチュエータ１３０の剛性を高め、かつ、そりを抑える、第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０を、半導体製造装置等によって安定に形成することができる。第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０は、例えば７００℃程度の圧電膜の焼成温度に耐え、金属膜よりも安価なＣＶＤ等の製造方法により短時間で形成することができる。
【００４１】
一例として、本実施例のアクチュエータ１３０は、厚さ方向Ｈに、第１絶縁層３１０のＳｉＯ２（０．５μｍ）／チタン（０．１μｍ以下）／電極層１６２（白金、０．２μｍ）／ＰＴ（０．１μｍ以下）／第１圧電膜１３６（ＰＺＴ、１μｍ）／電極層１６４（白金、０．２μｍ）／チタン（０．１μｍ以下）／支持層１５０（ＳｉＯ２、３μｍ）／チタン（０．１μｍ以下）／電極層１７４（白金、０．２μｍ）／ＰＴ（０．１μｍ以下）／第２圧電膜１３８（ＰＺＴ、１μｍ）／電極層１７２（白金、０．２μｍ）／チタン（０．１μｍ以下）／第２絶縁層３２０ＳｉＯ２（０．５μｍ）が積層される。この場合、アクチュエータ１３０は、全体の厚さ約６ｕｍに対し、９０％以上の部分が対称に形成される。
【００４２】
以上の本実施例のスイッチ装置１００は、第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０によって高い剛性を有するアクチュエータ１３０を備え、第１接点１２２と、第２接点１３４とを接触または離間させる。特に、スイッチ装置１００は、第１接点１２２と第２接点１３４とが接触している状態から、第１圧電膜１３６に印加する電圧をＯＦＦ状態にしてアクチュエータ１３０の剛性で各接点を離間させる。したがって、スイッチ装置１００は、第１接点１２２と第２接点１３４とが凝着することを防ぎ、安定したＯＮ／ＯＦＦ動作を実行することができる。
【００４３】
また、アクチュエータ１３０は、厚さ方向の中心面に対し略対称に積層された複数の膜を有してよい。ここで、図中の点線が、アクチュエータ１３０の厚さ方向の中心面を示す。これによって、複数の膜が積層されたことによって生じるアクチュエータ１３０がそる方向に働く残留応力および熱応力等と、そりを抑える方向に働く残留応力および熱応力等とを、略同一にさせてアクチュエータ１３０のそりを抑えることができる。また、アクチュエータ１３０は、熱応力によるそりを抑えることができるので、様々な環境温度においてもスイッチング動作を実行することができる。
【００４４】
図３は、本実施形態に係るスイッチ装置１００の第１の変形例を示す。本変形例のスイッチ装置１００において、図１および図２に示された本実施形態に係るスイッチ装置１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。
【００４５】
本変形例は、図１および図２に示された本実施形態に係るスイッチ装置１００の支持層１５０を省略したスイッチ装置１００である。したがって、本変形例のスイッチ装置１００は、露出部１９０も存在しない。第２接点部１３２は、第１絶縁層３１０の可動端側に設けられる。
【００４６】
電極層１７４は、電極層１６４における第１圧電膜１３６とは反対の面側に設けられてよい。これに代えて、電極層１６４および電極層１７４は、１つの電極層として形成されてよい。
【００４７】
以上の本変形例のスイッチ装置１００によれば、電極層１６４および電極層１７４の間に支持層１５０を形成する工程を省きつつ、第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０による高い剛性を持たせることができる。スイッチ装置１００は、成膜する第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０の厚さを調節することによって、アクチュエータ１３０の剛性を制御することができる。したがって、スイッチ装置１００は、省略した支持層１５０の剛性の分だけ第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０の厚さを増加させて形成させてよい。
【００４８】
図４は、本実施形態に係るスイッチ装置１００の第２の変形例を示す。本変形例のスイッチ装置１００において、図３に示されたスイッチ装置１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。
【００４９】
本変形例のスイッチ装置１００が備えるアクチュエータ１３０は、絶縁層の突出部３３０を更に有する。突出部３３０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８が設けられていない第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０である。また、突出部３３０は、アクチュエータ１３０の可動端である。
【００５０】
第２接点１３４は、突出部３３０に設けられる。例えば、第２接点部１３２は、突出部３３０の基板１１０側に形成される。これによって、第２接点１３４は、電圧が印加される電極層１６２および電極層１６４とは離間した可動端に形成されるので、電極層との電気的な相互作用の影響を抑えることができる。即ち、以上の本変形例のスイッチ装置１００によれば、第１接点１２２および第２接点１３４を介して伝送させる電気信号の高周波特性を向上させることができる。
【００５１】
上記において、スイッチ装置１００は、第１圧電膜１３６に駆動電圧を印加して駆動させる例を説明した。これに代えて、スイッチ装置１００は、第２圧電膜１３８に駆動電圧を印加して駆動させてもよい。例えば、スイッチ装置１００は、電圧が印加されると第２圧電膜１３８が伸びるように第２圧電膜１３８を形成する。電源部１８０は、第２圧電膜１３８に駆動電圧を印加する。
【００５２】
電源部１８０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを接触させてスイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に、第２圧電膜１３８に駆動電圧を印加する。また、電源部１８０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを離間させてスイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、第２圧電膜１３８への駆動電圧の供給を停止する。このように、スイッチ装置１００は、第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０による高い剛性を持たせつつ、第２圧電膜１３８に駆動電圧を印加することでスイッチ動作させることもできる。
【００５３】
したがって、スイッチ装置１００は、スイッチング回数の増加、または経年等によって、第１圧電膜１３６の伸縮特性がスイッチングに影響するほど劣化した場合に、第２圧電膜１３８によってスイッチング動作させるように、電源部１８０と接続させる電極層を切り換えてよい。また、スイッチ装置１００は、第１圧電膜１３６が初期不良等で動作しない場合に、第２圧電膜１３８によってスイッチング動作させてもよい。
【００５４】
また、スイッチ装置１００は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８に駆動電圧を印加して駆動させてもよい。即ち、スイッチ装置１００は、第１接点１２２と第２接点１３４とを接触させてスイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に、第１圧電膜１３６を縮ませつつ、第２圧電膜１３８を伸ばすようにそれぞれの圧電膜にそれぞれ印加電圧を加える。このようなスイッチ装置１００においても、第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０による高い剛性を持たせることができるので、第１接点１２２および第２接点１３４との凝着を防ぐことができる。
【００５５】
また、上記において、スイッチ装置１００は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の２層の圧電膜を備えたアクチュエータ１３０の例を説明した。これに代えて、アクチュエータ１３０は、２層以上の複数の圧電膜の層が、厚さ方向の中心面に対し略対称に形成されてよい。
【００５６】
また、上記において、スイッチ装置１００は、２つの第１接点部１２０が基板１１０に設けられ、２つの第１接点１２２と１つの第２接点１３４とが接触／離間する例を説明した。これに代えて、スイッチ装置１００は、１つの第１接点部１２０が基板１１０に設けられ、１つの第１接点１２２と１つの第２接点１３４とを接触／離間させてもよい。
【００５７】
この場合、アクチュエータ１３０は、第２接点１３４からアクチュエータ１３０の本体および台座部１４０を介して基板１１０の配線部１１４に電気的に接続する伝送路を更に有する。これによって、スイッチ装置１００は、外部から入力される信号を、伝送路を介して第２接点１３４へと伝送させ、スイッチ装置１００がＯＮの場合に当該信号を第１接点１２２から外部へと伝送する。また、スイッチ装置１００は、スイッチ装置１００がＯＦＦの場合に当該信号の第２接点１３４への伝送を遮断する。
【００５８】
図５は、本実施形態に係る試験装置４１０の構成例を被試験デバイス４００と共に示す。試験装置４１０は、アナログ回路、デジタル回路、アナログ／デジタル混載回路、メモリ、およびシステム・オン・チップ（ＳＯＣ）等の少なくとも１つの被試験デバイス４００を試験する。試験装置４１０は、被試験デバイス４００を試験するための試験パターンに基づく試験信号を被試験デバイス４００に入力して、試験信号に応じて被試験デバイス４００が出力する出力信号に基づいて被試験デバイス４００の良否を判定する。
【００５９】
試験装置４１０は、試験部４２０と、信号入出力部４３０と、制御部４４０とを備える。試験部４２０は、被試験デバイス４００との間で電気信号を授受して被試験デバイス４００を試験する。試験部４２０は、試験信号発生部４２３と、期待値比較部４２６とを有する。
【００６０】
試験信号発生部４２３は、被試験デバイス４００へ供給する複数の試験信号を発生する。試験信号発生部４２３は、試験信号に応じて被試験デバイス４００が出力する応答信号の期待値を生成してよい。試験信号発生部４２３は、信号入出力部４３０を介して複数の被試験デバイス４００に接続されて、複数の被試験デバイス４００を試験してよい。
【００６１】
期待値比較部４２６は、信号入出力部４３０が受信した受信データ値を期待値と比較する。期待値比較部４２６は、期待値を試験信号発生部４２３から受信してよい。試験装置４１０は、期待値比較部４２６の比較結果に基づき、被試験デバイス４００の良否を判定してよい。
【００６２】
信号入出力部４３０は、１以上の被試験デバイス４００に接続され、試験装置４１０と被試験デバイス４００との試験信号をやり取りする。信号入出力部４３０は、複数の被試験デバイス４００を搭載するパフォーマンスボードであってよい。信号入出力部４３０は、スイッチ装置１００を有する。
【００６３】
スイッチ装置１００は、試験部４２０および被試験デバイス４００の間に設けられ、試験部４２０および被試験デバイス４００の間を電気的に接続または切断する。試験装置４１０は、本実施形態に係るスイッチ装置１００によって電気的な接続または切断を実行してよい。
【００６４】
本例において、信号入出力部４３０は１つの被試験デバイス４００に接続され、スイッチ装置１００は、１つの被試験デバイス４００の入力信号ラインおよび出力信号ラインにそれぞれ１つ設けられる例を説明した。これに代えて信号入出力部４３０は、複数の被試験デバイス４００に接続され、スイッチ装置１００は、複数の被試験デバイス４００の入力信号ラインおよび出力信号ラインのそれぞれに１つ設けられてよい。また、信号入出力部４３０から１つの被試験デバイス４００へ接続される信号入出力ラインが１つの場合、１つの入出力ラインに１つのスイッチ装置１００が設けられてよい。
【００６５】
制御部４４０は、試験装置４１０の試験を実行すべく、試験部４２０および信号入出力部４３０に制御信号を送信する。制御部４４０は、試験プログラムに応じて、試験部４２０に、試験信号の発生または試験結果と期待値との比較等を実行させる制御信号を送信する。また、制御部４４０は、試験プログラムに応じて、接続すべき信号入出力ラインに設けられたスイッチ装置１００の接続の指示、および切断すべき信号入出力ラインに設けられたスイッチ装置１００の切断の指示等を、信号入出力部４３０に送信する。
【００６６】
以上の本実施形態に係る試験装置４１０は、剛性を持たせて接点間の凝着を防止するスイッチ装置１００を用いて試験を実行することができる。また、試験装置４１０は、電圧制御による低消費電力のスイッチング制御で、かつ、アクチュエータのそりを抑えるスイッチ装置１００を用いて試験を実行することができる。また、試験装置４１０は、スイッチ装置１００の使用できる環境温度範囲を広くすることができるので、スイッチ装置１００を高密度に実装してよく、また、冷却装置等の負荷を低減させて試験を実行することができる。
【００６７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６８】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６９】
１００ スイッチ装置、１１０ 基板、１１２ ビア、１１４ 配線部、１２０ 第１接点部、１２２ 第１接点、１３０ アクチュエータ、１３２ 第２接点部、１３４ 第２接点、１３６ 第１圧電膜、１３８ 第２圧電膜、１４０ 台座部、１５０ 支持層、１６２ 電極層、１６４ 電極層、１７２ 電極層、１７４ 電極層、１８０ 電源部、１９０ 露出部、３００ モニタ部、３１０ 第１絶縁層、３２０ 第２絶縁層、３３０ 突出部、４００ 被試験デバイス、４１０ 試験装置、４２０ 試験部、４２３ 試験信号発生部、４２６ 期待値比較部、４３０ 信号入出力部、４４０ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ装置および試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電膜と当該圧電膜に電圧を印加する電極とを積層させたアクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２００１−１９１３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このようなアクチュエータは、圧電膜を伸縮させて動作させて接点を接触または離間させるスイッチとして用いた場合、接点同士が凝着して接点を離間させることができなくなることがあった。また、このようなアクチュエータは、異なる材料を積層させて形成するので、電圧を印加しない初期状態において、圧電膜の応力等によりそりが生じていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、第１接点が設けられた接点部と、第２接点を移動させて第１接点と接触または離間させるアクチュエータと、を備え、アクチュエータは、積層された第１圧電膜および第２圧電膜と、第１圧電膜における第２圧電膜とは反対の面側に設けられた第１絶縁層と、第２圧電膜における第１圧電膜とは反対の面側に設けられた第２絶縁層と、を有するスイッチ装置を提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施形態に係るスイッチ装置１００の構成例を示す。
【図２】本実施形態に係るスイッチ装置１００の側面図を示す。
【図３】本実施形態に係るスイッチ装置１００の第１の変形例を示す。
【図４】本実施形態に係るスイッチ装置１００の第２の変形例を示す。
【図５】本実施形態に係る試験装置４１０の構成例を被試験デバイス４００と共に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、本実施形態に係るスイッチ装置１００の構成例を示す。図２は、本実施形態に係るスイッチ装置１００の側面図を示す。スイッチ装置１００は、第１接点１２２と、第２接点１３４とを接触または離間させるスイッチ装置であって、アクチュエータに剛性を持たせて接点同士が凝着することを防止する。スイッチ装置１００は、パッケージ等に密封されて収容されてよい。スイッチ装置１００は、基板１１０と、第１接点部１２０と、アクチュエータ１３０と、台座部１４０と、電源部１８０と、モニタ部３００とを備える。
【０００９】
基板１１０は、第１接点部１２０が設けられる平坦な第１面を有する。基板１１０は、絶縁体でよい。基板１１０は、絶縁性のガラス基板でよく、これに代えてシリコン等の半導体基板等でよい。基板１１０は、ビア１１２と、配線部１１４とをさらに有してよい。また、基板１１０は、第１接点部１２０が設けられる第１面とは異なる第２面に配線部１１４を有してよい。スイッチ装置１００がパッケージに収容される場合、基板１１０は、当該パッケージの一部であってよい。
【００１０】
ビア１１２は、第１接点部１２０と配線部１１４とを電気的に接続する金属で形成される。ビア１１２は、導電性材料が充填されて密閉性を保つように形成されてよい。ビア１１２は、基板１１０に設けられる第１接点部１２０の数または表面積に応じて、基板１１０に複数備わってよい。
【００１１】
配線部１１４は、スイッチ装置１００を通過させる信号を伝送する。配線部１１４は、少なくとも１つのビア１１２に対して信号を送信または受信させるべく、基板１１０の第２面に設けられる配線パターンでよい。配線部１１４は、ランド、コネクタ、アンテナ等を含み、外部からスイッチ装置１００に通過させる信号を送受信してよい。
【００１２】
第１接点部１２０は、第１接点１２２が設けられる。第１接点１２２は、突部のない平面であってよい。第１接点部１２０は、アルミニウム、タングステン、パラジウム、ロジウム、金、白金、ルテニウム、インジウム、イリジウム、モリブデン、および／またはニッケルを含んでよい。ここで、第１接点１２２は、これらの材料を含む２以上の材料の合金であってよい。
【００１３】
本実施例において、スイッチ装置１００は、２つの第１接点部１２０が基板１１０に設けられ、２つの第１接点１２２と１つの第２接点１３４とが接触／離間する。例えば、スイッチ装置１００は、一方の第１接点１２２ａから第２接点１３４を介して他方の第１接点１２２ｂへの信号伝送をＯＮ／ＯＦＦする。この場合、配線部１１４は、外部からの信号を第１接点１２２ａへと伝送し、スイッチ装置１００がＯＮの場合に当該信号を第１接点１２２ｂから外部へと伝送する。
【００１４】
アクチュエータ１３０は、第２接点１３４を移動させて第１接点１２２と接触または離間させる。アクチュエータ１３０は、半導体プロセスによって形成されてよい。アクチュエータ１３０は、第２接点部１３２と、積層された第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８と、支持層１５０と、第１圧電膜１３６の電極層１６２および電極層１６４と、第２圧電膜１３８の電極層１７２および電極層１７４と、露出部１９０と、第１絶縁層３１０と、第２絶縁層３２０とを有する。
【００１５】
第２接点部１３２は、第２接点１３４が設けられる。第２接点部１３２は、第１接点部１２０と同様の金属を含んでよい。第２接点１３４は、第１接点１２２に面で接触するように、突部のない平面であってもよい。これに代えて、第２接点１３４は、第１接点１２２の破壊または劣化を防ぐように、半球状の形状でよく、これに代えて先端を丸めた針状の形状であってもよい。一例として、第２接点１３４は、第１接点１２２と接触して伝送線路を形成する場合に、伝送する信号の周波数に応じた伝送線路幅等を形成するように、予め定められた形状で設けられてよい。
【００１６】
第１圧電膜１３６は、駆動電圧に応じて伸縮してアクチュエータ１３０のそり量を変化させる。第１圧電膜１３６は、駆動電圧を印加された場合に、アクチュエータ１３０の長さ方向に伸縮して、第１接点１２２と第２接点１３４との距離が変化する方向にアクチュエータ１３０を湾曲させるように配される。
【００１７】
第１圧電膜１３６は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のウルツ鉱型の結晶、又は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）、若しくはチタン酸バリウム（ＢＴＯ）等のペロブスカイト系強誘電体等を用いてよい。第１圧電膜１３６は、例えば、幅方向Ｗに９０μｍ、長さ方向Ｌに７５０μｍ、厚さ方向Ｈに１μｍのＰＺＴの圧電膜である。
【００１８】
第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と並行して設けられ、第１圧電膜１３６に駆動電圧を印加しない状態におけるアクチュエータ１３０のそりを抑える。第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と同様に、ペロブスカイト系強誘電体等を用いてよい。第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と略同一の材料で、かつ、第１圧電膜１３６と略同一の形状で形成されることが望ましい。第２圧電膜１３８は、例えば、幅方向Ｗに９０μｍ、長さ方向Ｌに７５０μｍ、厚さ方向Ｈに１μｍのＰＺＴの圧電膜である。
【００１９】
ここで、ＰＺＴを成膜する場合にチタン酸鉛（ＰＴ）を成膜してからＰＺＴを成膜してよい。これによって、ＰＺＴは、結晶性良く成膜することができる。
【００２０】
ここで、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８は、アクチュエータ１３０の厚さ方向における中心面の両側に設けられる。また、第１圧電膜および第２圧電膜は、アクチュエータ１３０の厚さ方向における中心面からの距離および厚さが略同一でよい。これによって、第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６の応力により生じるアクチュエータ１３０のそりを抑える。第１圧電膜１３６は、本実施例のように異なる材質の膜の面上に積層されるので、加工形成された後に残留応力によって変形し、アクチュエータ１３０にそりを生じさせる。
【００２１】
第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と略同一の材料で、かつ、第１圧電膜１３６と略同一の形状で形成され、アクチュエータ１３０の第１圧電膜１３６が形成される面と反対側に設けられる。したがって、第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６によって生じるそりと反対方向にそるように働く応力を生じさせ、アクチュエータ１３０のそりを抑えることができる。
【００２２】
また、第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６の温度変化に伴う伸縮により生じるアクチュエータ１３０のそりを抑える。第１圧電膜１３６は、異なる熱膨張計数の材質の膜の面上に積層されるので、温度変化に伴って熱応力によって変形し、アクチュエータ１３０にそりを生じさせる。
【００２３】
第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と略同一の材料で、かつ、第１圧電膜１３６と略同一の形状で形成され、アクチュエータ１３０の第１圧電膜１３６が形成される面と反対側に設けられる。したがって、第２圧電膜１３８は、温度変化によって生じるそりに対しても反対方向にそるように働く応力を生じさせ、アクチュエータ１３０の温度変化に伴うそりを抑えることができる。
【００２４】
支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の間に設けられる。支持層１５０は、力の印加によって変形する弾性を有し、第１圧電膜１３６が伸縮して力を印加することによって、アクチュエータ１３０は湾曲する。また、支持層１５０は、アクチュエータ１３０が撓みすぎるのを抑制する剛性を有し、第１圧電膜１３６の力の印加が停止すると、アクチュエータ１３０は初期位置に戻る。支持層１５０は、アルミニウム、金、白金等の導電体、ガラス等の絶縁体、またはシリコン等の半導体を用いてよい。
【００２５】
電極層１６２および電極層１６４は、第１圧電膜１３６の上面と下面とにそれぞれ備わり、第１圧電膜１３６に駆動電圧を印加する。電極層１６２および電極層１６４は、アクチュエータ１３０の長さ方向Ｌに延伸する平板形状を有してよい。電極層１６２および電極層１６４は、アルミニウム、金、白金、銅、インジウム、タングステン、モリブデン、ルテニウム、イリジウム等の低抵抗で加工が容易な金属でよく、ルテニウムオキサイド（ＲｕＯ２）、イリジウムオキサイド（ＩｒＯ２）等酸化物電極、または、シリコン等の半導体を用いてもよい。
【００２６】
電極材料としてシリコンを用いる場合には、不純物を高濃度にドープしたシリコンを用いることが好ましい。電極層１６２および電極層１６４は、一例として、厚さ方向Ｈの厚さが０．２μｍの白金である。ここで、白金をスパッタ等の真空蒸着で成膜する場合、チタン、タンタル等を成膜してから白金を成膜してよい。
【００２７】
電極層１７２および電極層１７４は、第２圧電膜１３８の上面と下面とにそれぞれ備わり、第２圧電膜１３８の変位電圧をモニタ部３００に供給する。また、電極層１７２および電極層１７４は、第２圧電膜１３８に駆動電圧を印加してもよい。電極層１７２および電極層１７４は、アクチュエータ１３０の長さ方向Ｌに延伸する平板形状を有してよい。電極層１７２および電極層１７４は、電極層１６２および電極層１６４と略同一の形状、および略同一の材質でよい。また、電極層１７２は、電極層１６２と略同一の形状および略同一の材質でよく、電極層１７４は、電極層１６４と略同一の形状および略同一の材質でよい。
【００２８】
露出部１９０は、アクチュエータ１３０の可動端である先端部において、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８が設けられていない支持層１５０である。第２接点１３４は、露出部１９０に設けられてよい。これに代えて、第２接点１３４は、第１絶縁層３１０の可動端側に設けられてもよい。この場合、支持層１５０は、支持層１５０の端部まで第１圧電膜１３６、電極層１６２、電極層１６４、および第１絶縁層３１０で覆われてよい。
【００２９】
台座部１４０は、基板１１０において、第１接点部１２０の近傍で第１接点部１２０と離間した位置に配される。台座部１４０は、ＳｉＯ２等の絶縁体を用いてもよい。これに代えて、台座部１４０は、シリコンまたはガラス等によって形成される基板１１０の一部であってよい。なお、台座部１４０の厚みは、アクチュエータ１３０の最大変位量と同等もしくはそれ以下であってよい。ここで、アクチュエータ１３０の最大変位量とは、第１圧電膜１３６に印加できる最大の駆動電圧を印加した場合における、アクチュエータ１３０の変位量を意味する。
【００３０】
アクチュエータ１３０は、一例として、台座部１４０を介して基板１１０上に固定される。アクチュエータ１３０は、長さ方向Ｌの一方の端部で台座部１４０に支持される。第１圧電膜１３６に電圧を印加すると、アクチュエータ１３０において台座部１４０に支持されていない第２接点部側の端部は、厚さ方向に屈曲する（図中、下向きに変位する）、若しくは、反り返る（図中、上向きに変位する）ことができる。
【００３１】
電源部１８０は、第１圧電膜１３６に駆動電圧を印加する。電源部１８０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを接触させてスイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に、第１圧電膜１３６に第１駆動電圧を印加する。また、電源部１８０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを離間させてスイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、第１圧電膜１３６への駆動電圧の供給を停止してよい。これに代えて、電源部１８０は、スイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、第１圧電膜１３６に第１駆動電圧と異なる予め定められた駆動電圧を印加してもよい。
【００３２】
モニタ部３００は、アクチュエータ１３０のそり量を検出する。モニタ部３００は、電極層１７２および電極層１７４に接続され、支持層１５０の変位により第２圧電膜１３８に生成される変位電圧を検出する。これによって、電極層１７２および電極層１７４は、電極層１６２および電極層１６４と形状および材質が略同一で、アクチュエータ１３０の厚さ方向の中心面に対し略対称に積層されてアクチュエータ１３０のそりを抑えつつ、そり量を検出するモニタ部３００の電極として用いることができる。
【００３３】
また、モニタ部３００は、電源部１８０がアクチュエータ１３０に供給する駆動電圧に対するアクチュエータ１３０のそり量を検出して、スイッチ装置１００のＯＮ／ＯＦＦ切り換え動作が正常に動作しているか否かをモニタしてもよい。これに代えて、モニタ部３００は、電極層１７２および電極層１７４に接続され、支持層１５０の変位により第１圧電膜１３６に生成される変位電圧を検出してもよい。
【００３４】
第１絶縁層３１０は、第１圧電膜１３６における第２圧電膜１３８とは反対の面側に設けられる。第２絶縁層３２０は、第２圧電膜１３８における第１圧電膜１３６とは反対の面側に設けられる。
【００３５】
第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０は、アクチュエータ１３０の厚さ方向Ｈにおける中心面の両側に設けられる。第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０は、略同一の形状および材質で積層されてよい。また、第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０は、アクチュエータ１３０の厚さ方向Ｈにおける中心面からの距離および厚さが略同一であってよい。
【００３６】
これによって、アクチュエータ１３０は、２つの絶縁層による高い剛性を持つことができる。また、アクチュエータ１３０は、一方の絶縁層によって生じる残留応力および熱応力等と、他方の絶縁層によって生じる残留応力および熱応力等とを、略同一にさせてアクチュエータ１３０のそりを抑えることができる。
【００３７】
ここで、第１圧電膜１３６、第２圧電膜１３８、第１絶縁層３１０、および第２絶縁層３２０は、半導体プロセスによって成膜される。これによって、アクチュエータ１３０を小型にすることができ、また、再現性よく、大量に生産することもできる。
【００３８】
また、第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の焼成温度に加熱しても破壊されない材質で形成される。第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８をＰＺＴ等で形成する場合、焼成温度が７００℃以上に達する場合もある。したがって、第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の焼成温度に加熱しても、割れ、掛け、またはヒビ等の物理的な破壊が生じない材質で形成することが望ましい。
【００３９】
また、第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の焼成温度に加熱しても圧電膜または電極層と化学反応を生じ難い材質で形成されることが望ましい。第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０は、圧電膜の焼成温度の加熱によって、圧電膜または電極層と化合物を形成して、割れ、掛け、またはヒビ等の物理的な破壊が生じない材質で形成することが望ましい。また、この場合、第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０は、圧電膜の焼成温度の加熱によって、第１圧電膜１３６または第２圧電膜１３８の圧電定数等の膜特性を劣化させない材質で形成することが望ましい。
【００４０】
また、第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０は、ＳｉＯ２およびＳｉＮの少なくとも一方を含んでよい。これより、アクチュエータ１３０の剛性を高め、かつ、そりを抑える、第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０を、半導体製造装置等によって安定に形成することができる。第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０は、例えば７００℃程度の圧電膜の焼成温度に耐え、金属膜よりも安価なＣＶＤ等の製造方法により短時間で形成することができる。
【００４１】
一例として、本実施例のアクチュエータ１３０は、厚さ方向Ｈに、第１絶縁層３１０のＳｉＯ２（０．５μｍ）／チタン（０．１μｍ以下）／電極層１６２（白金、０．２μｍ）／ＰＴ（０．１μｍ以下）／第１圧電膜１３６（ＰＺＴ、１μｍ）／電極層１６４（白金、０．２μｍ）／チタン（０．１μｍ以下）／支持層１５０（ＳｉＯ２、３μｍ）／チタン（０．１μｍ以下）／電極層１７４（白金、０．２μｍ）／ＰＴ（０．１μｍ以下）／第２圧電膜１３８（ＰＺＴ、１μｍ）／電極層１７２（白金、０．２μｍ）／チタン（０．１μｍ以下）／第２絶縁層３２０ＳｉＯ２（０．５μｍ）が積層される。この場合、アクチュエータ１３０は、全体の厚さ約６ｕｍに対し、９０％以上の部分が対称に形成される。
【００４２】
以上の本実施例のスイッチ装置１００は、第１絶縁層３１０、第２絶縁層３２０、および支持層１５０によって高い剛性を有するアクチュエータ１３０を備え、第１接点１２２と、第２接点１３４とを接触または離間させる。特に、スイッチ装置１００は、第１接点１２２と第２接点１３４とが接触している状態から、第１圧電膜１３６に印加する電圧をＯＦＦ状態にしてアクチュエータ１３０の剛性で各接点を離間させる。したがって、スイッチ装置１００は、第１接点１２２と第２接点１３４とが凝着することを防ぎ、安定したＯＮ／ＯＦＦ動作を実行することができる。
【００４３】
また、アクチュエータ１３０は、厚さ方向の中心面に対し略対称に積層された複数の膜を有してよい。ここで、図中の点線が、アクチュエータ１３０の厚さ方向の中心面を示す。これによって、複数の膜が積層されたことによって生じるアクチュエータ１３０がそる方向に働く残留応力および熱応力等と、そりを抑える方向に働く残留応力および熱応力等とを、略同一にさせてアクチュエータ１３０のそりを抑えることができる。また、アクチュエータ１３０は、熱応力によるそりを抑えることができるので、様々な環境温度においてもスイッチング動作を実行することができる。
【００４４】
図３は、本実施形態に係るスイッチ装置１００の第１の変形例を示す。本変形例のスイッチ装置１００において、図１および図２に示された本実施形態に係るスイッチ装置１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。
【００４５】
本変形例は、図１および図２に示された本実施形態に係るスイッチ装置１００の支持層１５０を省略したスイッチ装置１００である。したがって、本変形例のスイッチ装置１００は、露出部１９０も存在しない。第２接点部１３２は、第１絶縁層３１０の可動端側に設けられる。
【００４６】
電極層１７４は、電極層１６４における第１圧電膜１３６とは反対の面側に設けられてよい。これに代えて、電極層１６４および電極層１７４は、１つの電極層として形成されてよい。
【００４７】
以上の本変形例のスイッチ装置１００によれば、電極層１６４および電極層１７４の間に支持層１５０を形成する工程を省きつつ、第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０による高い剛性を持たせることができる。スイッチ装置１００は、成膜する第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０の厚さを調節することによって、アクチュエータ１３０の剛性を制御することができる。したがって、スイッチ装置１００は、省略した支持層１５０の剛性の分だけ第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０の厚さを増加させて形成させてよい。
【００４８】
図４は、本実施形態に係るスイッチ装置１００の第２の変形例を示す。本変形例のスイッチ装置１００において、図３に示されたスイッチ装置１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。
【００４９】
本変形例のスイッチ装置１００が備えるアクチュエータ１３０は、絶縁層の突出部３３０を更に有する。突出部３３０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８が設けられていない第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０である。また、突出部３３０は、アクチュエータ１３０の可動端である。
【００５０】
第２接点１３４は、突出部３３０に設けられる。例えば、第２接点部１３２は、突出部３３０の基板１１０側に形成される。これによって、第２接点１３４は、電圧が印加される電極層１６２および電極層１６４とは離間した可動端に形成されるので、電極層との電気的な相互作用の影響を抑えることができる。即ち、以上の本変形例のスイッチ装置１００によれば、第１接点１２２および第２接点１３４を介して伝送させる電気信号の高周波特性を向上させることができる。
【００５１】
上記において、スイッチ装置１００は、第１圧電膜１３６に駆動電圧を印加して駆動させる例を説明した。これに代えて、スイッチ装置１００は、第２圧電膜１３８に駆動電圧を印加して駆動させてもよい。例えば、スイッチ装置１００は、電圧が印加されると第２圧電膜１３８が伸びるように第２圧電膜１３８を形成する。電源部１８０は、第２圧電膜１３８に駆動電圧を印加する。
【００５２】
電源部１８０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを接触させてスイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に、第２圧電膜１３８に駆動電圧を印加する。また、電源部１８０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを離間させてスイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、第２圧電膜１３８への駆動電圧の供給を停止する。このように、スイッチ装置１００は、第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０による高い剛性を持たせつつ、第２圧電膜１３８に駆動電圧を印加することでスイッチ動作させることもできる。
【００５３】
したがって、スイッチ装置１００は、スイッチング回数の増加、または経年等によって、第１圧電膜１３６の伸縮特性がスイッチングに影響するほど劣化した場合に、第２圧電膜１３８によってスイッチング動作させるように、電源部１８０と接続させる電極層を切り換えてよい。また、スイッチ装置１００は、第１圧電膜１３６が初期不良等で動作しない場合に、第２圧電膜１３８によってスイッチング動作させてもよい。
【００５４】
また、スイッチ装置１００は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８に駆動電圧を印加して駆動させてもよい。即ち、スイッチ装置１００は、第１接点１２２と第２接点１３４とを接触させてスイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に、第１圧電膜１３６を縮ませつつ、第２圧電膜１３８を伸ばすようにそれぞれの圧電膜にそれぞれ印加電圧を加える。このようなスイッチ装置１００においても、第１絶縁層３１０および第２絶縁層３２０による高い剛性を持たせることができるので、第１接点１２２および第２接点１３４との凝着を防ぐことができる。
【００５５】
また、上記において、スイッチ装置１００は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の２層の圧電膜を備えたアクチュエータ１３０の例を説明した。これに代えて、アクチュエータ１３０は、２層以上の複数の圧電膜の層が、厚さ方向の中心面に対し略対称に形成されてよい。
【００５６】
また、上記において、スイッチ装置１００は、２つの第１接点部１２０が基板１１０に設けられ、２つの第１接点１２２と１つの第２接点１３４とが接触／離間する例を説明した。これに代えて、スイッチ装置１００は、１つの第１接点部１２０が基板１１０に設けられ、１つの第１接点１２２と１つの第２接点１３４とを接触／離間させてもよい。
【００５７】
この場合、アクチュエータ１３０は、第２接点１３４からアクチュエータ１３０の本体および台座部１４０を介して基板１１０の配線部１１４に電気的に接続する伝送路を更に有する。これによって、スイッチ装置１００は、外部から入力される信号を、伝送路を介して第２接点１３４へと伝送させ、スイッチ装置１００がＯＮの場合に当該信号を第１接点１２２から外部へと伝送する。また、スイッチ装置１００は、スイッチ装置１００がＯＦＦの場合に当該信号の第２接点１３４への伝送を遮断する。
【００５８】
図５は、本実施形態に係る試験装置４１０の構成例を被試験デバイス４００と共に示す。試験装置４１０は、アナログ回路、デジタル回路、アナログ／デジタル混載回路、メモリ、およびシステム・オン・チップ（ＳＯＣ）等の少なくとも１つの被試験デバイス４００を試験する。試験装置４１０は、被試験デバイス４００を試験するための試験パターンに基づく試験信号を被試験デバイス４００に入力して、試験信号に応じて被試験デバイス４００が出力する出力信号に基づいて被試験デバイス４００の良否を判定する。
【００５９】
試験装置４１０は、試験部４２０と、信号入出力部４３０と、制御部４４０とを備える。試験部４２０は、被試験デバイス４００との間で電気信号を授受して被試験デバイス４００を試験する。試験部４２０は、試験信号発生部４２３と、期待値比較部４２６とを有する。
【００６０】
試験信号発生部４２３は、被試験デバイス４００へ供給する複数の試験信号を発生する。試験信号発生部４２３は、試験信号に応じて被試験デバイス４００が出力する応答信号の期待値を生成してよい。試験信号発生部４２３は、信号入出力部４３０を介して複数の被試験デバイス４００に接続されて、複数の被試験デバイス４００を試験してよい。
【００６１】
期待値比較部４２６は、信号入出力部４３０が受信した受信データ値を期待値と比較する。期待値比較部４２６は、期待値を試験信号発生部４２３から受信してよい。試験装置４１０は、期待値比較部４２６の比較結果に基づき、被試験デバイス４００の良否を判定してよい。
【００６２】
信号入出力部４３０は、１以上の被試験デバイス４００に接続され、試験装置４１０と被試験デバイス４００との試験信号をやり取りする。信号入出力部４３０は、複数の被試験デバイス４００を搭載するパフォーマンスボードであってよい。信号入出力部４３０は、スイッチ装置１００を有する。
【００６３】
スイッチ装置１００は、試験部４２０および被試験デバイス４００の間に設けられ、試験部４２０および被試験デバイス４００の間を電気的に接続または切断する。試験装置４１０は、本実施形態に係るスイッチ装置１００によって電気的な接続または切断を実行してよい。
【００６４】
本例において、信号入出力部４３０は１つの被試験デバイス４００に接続され、スイッチ装置１００は、１つの被試験デバイス４００の入力信号ラインおよび出力信号ラインにそれぞれ１つ設けられる例を説明した。これに代えて信号入出力部４３０は、複数の被試験デバイス４００に接続され、スイッチ装置１００は、複数の被試験デバイス４００の入力信号ラインおよび出力信号ラインのそれぞれに１つ設けられてよい。また、信号入出力部４３０から１つの被試験デバイス４００へ接続される信号入出力ラインが１つの場合、１つの入出力ラインに１つのスイッチ装置１００が設けられてよい。
【００６５】
制御部４４０は、試験装置４１０の試験を実行すべく、試験部４２０および信号入出力部４３０に制御信号を送信する。制御部４４０は、試験プログラムに応じて、試験部４２０に、試験信号の発生または試験結果と期待値との比較等を実行させる制御信号を送信する。また、制御部４４０は、試験プログラムに応じて、接続すべき信号入出力ラインに設けられたスイッチ装置１００の接続の指示、および切断すべき信号入出力ラインに設けられたスイッチ装置１００の切断の指示等を、信号入出力部４３０に送信する。
【００６６】
以上の本実施形態に係る試験装置４１０は、剛性を持たせて接点間の凝着を防止するスイッチ装置１００を用いて試験を実行することができる。また、試験装置４１０は、電圧制御による低消費電力のスイッチング制御で、かつ、アクチュエータのそりを抑えるスイッチ装置１００を用いて試験を実行することができる。また、試験装置４１０は、スイッチ装置１００の使用できる環境温度範囲を広くすることができるので、スイッチ装置１００を高密度に実装してよく、また、冷却装置等の負荷を低減させて試験を実行することができる。
【００６７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６８】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６９】
１００ スイッチ装置、１１０ 基板、１１２ ビア、１１４ 配線部、１２０ 第１接点部、１２２ 第１接点、１３０ アクチュエータ、１３２ 第２接点部、１３４ 第２接点、１３６ 第１圧電膜、１３８ 第２圧電膜、１４０ 台座部、１５０ 支持層、１６２ 電極層、１６４ 電極層、１７２ 電極層、１７４ 電極層、１８０ 電源部、１９０ 露出部、３００ モニタ部、３１０ 第１絶縁層、３２０ 第２絶縁層、３３０ 突出部、４００ 被試験デバイス、４１０ 試験装置、４２０ 試験部、４２３ 試験信号発生部、４２６ 期待値比較部、４３０ 信号入出力部、４４０ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１接点が設けられた接点部と、
第２接点を移動させて前記第１接点と接触または離間させるアクチュエータと、
を備え、
前記アクチュエータは、
積層された第１圧電膜および第２圧電膜と、
前記第１圧電膜における前記第２圧電膜とは反対の面側に設けられた第１絶縁層と、
前記第２圧電膜における前記第１圧電膜とは反対の面側に設けられた第２絶縁層と、
を有するスイッチ装置。
【請求項２】
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層は、前記アクチュエータの厚さ方向における中心面の両側に設けられる請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層は、前記アクチュエータの厚さ方向における中心面からの距離および厚さが略同一である請求項２に記載のスイッチ装置。
【請求項４】
前記第１圧電膜および前記第２圧電膜は、前記アクチュエータの厚さ方向における中心面の両側に設けられる請求項１から３のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項５】
前記第１圧電膜および前記第２圧電膜は、前記アクチュエータの厚さ方向における中心面からの距離および厚さが略同一である請求項４に記載のスイッチ装置。
【請求項６】
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層は、ＳｉＯ２およびＳｉＮの少なくとも一方を含む請求項１から５のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項７】
前記第１圧電膜および前記第２圧電膜は、ＰＺＴ膜である請求項１から６のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項８】
前記アクチュエータは、前記第１圧電膜および前記第２圧電膜のそれぞれの上面と下面とに、それぞれの駆動電圧を印加する電極層をさらに有する請求項１から７のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項９】
前記第１圧電膜、前記第２圧電膜、前記第１絶縁層、および前記第２絶縁層は、半導体プロセスによって成膜された請求項１から８のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項１０】
前記アクチュエータは、前記第１圧電膜および前記第２圧電膜の間に設けられた支持層を有する請求項１から９のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項１１】
前記第１絶縁層、前記第２絶縁層、および前記支持層は、前記第１圧電膜および前記第２圧電膜の焼成温度に加熱しても破壊されない請求項１０に記載のスイッチ装置。
【請求項１２】
前記支持層は、絶縁層である請求項１０または１１に記載のスイッチ装置。
【請求項１３】
前記第１絶縁層、前記第２絶縁層、および前記支持層は、ＳｉＯ２およびＳｉＮの少なくとも一方を含む請求項１２に記載のスイッチ装置。
【請求項１４】
前記アクチュエータは、前記第１圧電膜および前記第２圧電膜が設けられていない前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の突出部を可動端に有する請求項９から１３のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項１５】
前記第２接点は、前記突出部に設けられる請求項１４に記載のスイッチ装置。
【請求項１６】
被試験デバイスを試験する試験装置であって、
前記被試験デバイスとの間で電気信号を授受して前記被試験デバイスを試験する試験部と、
前記試験部および前記被試験デバイスの間に設けられ、前記試験部および前記被試験デバイスの間を電気的に接続または切断する請求項１から１５のいずれか１項に記載のスイッチ装置と、
を備える試験装置。
【請求項１】
第１接点が設けられた接点部と、
第２接点を移動させて前記第１接点と接触または離間させるアクチュエータと、
を備え、
前記アクチュエータは、
積層された第１圧電膜および第２圧電膜と、
前記第１圧電膜における前記第２圧電膜とは反対の面側に設けられた第１絶縁層と、
前記第２圧電膜における前記第１圧電膜とは反対の面側に設けられた第２絶縁層と、
を有するスイッチ装置。
【請求項２】
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層は、前記アクチュエータの厚さ方向における中心面の両側に設けられる請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層は、前記アクチュエータの厚さ方向における中心面からの距離および厚さが略同一である請求項２に記載のスイッチ装置。
【請求項４】
前記第１圧電膜および前記第２圧電膜は、前記アクチュエータの厚さ方向における中心面の両側に設けられる請求項１から３のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項５】
前記第１圧電膜および前記第２圧電膜は、前記アクチュエータの厚さ方向における中心面からの距離および厚さが略同一である請求項４に記載のスイッチ装置。
【請求項６】
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層は、ＳｉＯ２およびＳｉＮの少なくとも一方を含む請求項１から５のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項７】
前記第１圧電膜および前記第２圧電膜は、ＰＺＴ膜である請求項１から６のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項８】
前記アクチュエータは、前記第１圧電膜および前記第２圧電膜のそれぞれの上面と下面とに、それぞれの駆動電圧を印加する電極層をさらに有する請求項１から７のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項９】
前記第１圧電膜、前記第２圧電膜、前記第１絶縁層、および前記第２絶縁層は、半導体プロセスによって成膜された請求項１から８のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項１０】
前記アクチュエータは、前記第１圧電膜および前記第２圧電膜の間に設けられた支持層を有する請求項１から９のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項１１】
前記第１絶縁層、前記第２絶縁層、および前記支持層は、前記第１圧電膜および前記第２圧電膜の焼成温度に加熱しても破壊されない請求項１０に記載のスイッチ装置。
【請求項１２】
前記支持層は、絶縁層である請求項１０または１１に記載のスイッチ装置。
【請求項１３】
前記第１絶縁層、前記第２絶縁層、および前記支持層は、ＳｉＯ２およびＳｉＮの少なくとも一方を含む請求項１２に記載のスイッチ装置。
【請求項１４】
前記アクチュエータは、前記第１圧電膜および前記第２圧電膜が設けられていない前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の突出部を可動端に有する請求項９から１３のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項１５】
前記第２接点は、前記突出部に設けられる請求項１４に記載のスイッチ装置。
【請求項１６】
被試験デバイスを試験する試験装置であって、
前記被試験デバイスとの間で電気信号を授受して前記被試験デバイスを試験する試験部と、
前記試験部および前記被試験デバイスの間に設けられ、前記試験部および前記被試験デバイスの間を電気的に接続または切断する請求項１から１５のいずれか１項に記載のスイッチ装置と、
を備える試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１４６５９２（Ｐ２０１２−１４６５９２Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５６５３（Ｐ２０１１−５６５３）
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（３９０００５１７５）株式会社アドバンテスト (1,005)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（３９０００５１７５）株式会社アドバンテスト (1,005)
【Ｆターム（参考）】
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