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KR100945623B1 - 마이크로 스위칭 소자 - Google Patents

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KR100945623B1
KR100945623B1 KR1020070125750A KR20070125750A KR100945623B1 KR 100945623 B1 KR100945623 B1 KR 100945623B1 KR 1020070125750 A KR1020070125750 A KR 1020070125750A KR 20070125750 A KR20070125750 A KR 20070125750A KR 100945623 B1 KR100945623 B1 KR 100945623B1
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안 투엔 구엔
다다시 나까따니
사또시 우에다
유 요네자와
나오유끼 미시마
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후지쯔 가부시끼가이샤
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Abstract

구동 전압의 저감을 도모하는 데에 적합한 마이크로 스위칭 소자를 제공한다. 본 발명의 소자 X1은, 고정부(11)와, 고정부(11)에 고정된 고정단을 갖고 연장되는 가동부(12)와, 접촉부(13a', 13b')를 갖는 컨택트 전극(13)과, 컨택트 전극(13)의 접촉부(13a')에 대향하는 접촉부(14a')를 갖고 또한 고정부(11)에 접합하고 있는 컨택트 전극(14A)과, 컨택트 전극(13)의 접촉부(13b')에 대향하는 접촉부(14b')를 갖고 또한 고정부(11)에 접합하고 있는 컨택트 전극(14B)과, 가동부(12) 상에 구동력 발생 영역을 갖는 구동 기구를 구비한다. 접촉부(13a', 14a') 사이의 거리는, 접촉부(13b', 14b') 사이의 거리보다 작다. 구동력 발생 영역의 무게 중심은, 컨택트 전극(13)에서의 접촉부(13a')보다도 접촉부(13b')에 가깝다.
마이크로 스위칭 소자, 고정부, 가동부, 컨택트 전극, 접촉부

Description

마이크로 스위칭 소자{MICROSWITCHING DEVICE}
본 발명은, MEMS 기술을 이용하여 제조되는 미소한 스위칭 소자에 관한 것이다.
휴대 전화 등 무선 통신 기기의 기술 분야에서는, 고기능을 실현하기 위해 탑재되는 부품의 증가 등에 회로의 소형화에 대한 요구가 높아지고 있다. 이와 같은 요구에 부응하기 위해, 회로를 구성하는 다양한 부품에 대해, MEMS(micro-electromechanical systems) 기술의 이용에 의한 미소화가 진행되고 있다.
그와 같은 부품의 하나로서, MEMS 스위치가 알려져 있다. MEMS 스위치는, MEMS 기술에 의해 각 부위가 미소하게 형성된 스위칭 소자이며, 기계적으로 개폐하여 스위칭을 실행하기 위한 적어도 한 쌍의 컨택트나, 해당 컨택트 쌍의 기계적 개폐 동작을 달성하기 위한 구동 기구 등을 갖는다. MEMS 스위치는, 특히 ㎓ 오더의 고주파 신호의 스위칭에서，PIN 다이오드나 MESFET 등으로 이루어지는 스위칭 소자보다도, 개방 상태에서 높은 아이솔레이션을 나타내고 또한 폐쇄 상태에서 낮은 삽입 손실을 나타내는 경향이 있다. 이는, 컨택트 쌍간의 기계적 개리에 의해 개방 상태가 달성되는 것이나, 기계적 스위치이므로 기생 용량이 적은 것에, 기인한다. MEMS 스위치에 대해서는, 예를 들면 하기의 특허 문헌 1∼4에 기재되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2004-1186호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2004-311394호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 제2005-293918호 공보
[특허 문헌 4] 일본 특허 공표 제2005-528751호 공보
도 21 내지 도 25는, 종래의 마이크로 스위칭 소자의 일례인 마이크로 스위칭 소자 X4를 도시한다. 도 21은, 마이크로 스위칭 소자 X4의 평면도이며, 도 22는 마이크로 스위칭 소자 X4의 일부 생략 평면도이다. 도 23 내지 도 25는, 각각 도 21의 선XXⅢ-XXⅢ, 선XXⅣ-XXⅣ 및 선XXV-XXV를 따른 단면도이다.
마이크로 스위칭 소자 X4는, 베이스 기판 S4와, 고정부(41)와, 가동부(42)와, 컨택트 전극(43)과, 한 쌍의 컨택트 전극(44A, 44B)(도 22에서 생략)과, 구동 전극(45)과, 구동 전극(46)(도 22에서 생략)을 구비한다.
고정부(41)는, 도 23 내지 도 25에 도시한 바와 같이, 경계층(47)을 개재하여 베이스 기판 S4에 접합하고 있다. 고정부(41) 및 베이스 기판 S4는 단결정 실리콘으로 이루어지고, 경계층(47)은 이산화 실리콘으로 이루어진다.
가동부(42)는, 예를 들면 도 22 및 도 25에 도시되어 있는 바와 같이, 고정부(41)에 고정된 고정단(42a)과 자유단(42b)을 갖고 베이스 기판 S4를 따라서 연장되고, 슬릿(48)을 통하여 고정부(41)에 둘러싸여져 있다. 또한, 가동부(42)는 단결정 실리콘으로 이루어진다.
컨택트 전극(43)은, 도 22에 잘 도시되어 있는 바와 같이 가동부(42)의 자유 단(42b) 근처에 설치되어 있다. 컨택트 전극(44A, 44B)의 각각은, 도 23 및 도 25에 도시한 바와 같이, 고정부(41) 상에 세워 설치되어 있고, 또한 컨택트 전극(43)에 대향하는 부위를 갖는다. 또한, 컨택트 전극(44A, 44B)은, 소정의 배선(도시 생략)을 통하여 스위칭 대상의 소정의 회로에 접속되어 있다. 컨택트 전극(43, 44A, 44B)은 소정의 도전 재료로 이루어진다.
구동 전극(45)은, 도 22에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 가동부(42) 상 및 고정부(41) 상에 걸쳐서 설치되어 있다. 구동 전극(46)은, 도 24에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 그 양단이 고정부(41)에 접합하여 구동 전극(45)의 상방을 걸치도록 세워 설치되어 있다. 또한, 구동 전극(46)은, 소정의 배선(도시 생략)을 통하여 그라운드 접속되어 있다. 구동 전극(45, 46)은 소정의 도전 재료로 이루어진다. 이와 같은 구동 전극(45, 46)은, 마이크로 스위칭 소자 X4에서의 구동 기구를 구성하고, 도 22에 도시한 바와 같이, 가동부(42) 상에 구동력 발생 영역 R'를 갖는다. 이 구동력 발생 영역 R'는, 도 24에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 구동 전극(45)에서 구동 전극(46)에 대향하는 영역이다.
이와 같은 구성의 마이크로 스위칭 소자 X4에서, 구동 전극(45)에 전위를 부여하면, 구동 전극(45, 46) 사이에는 정전 인력이 발생한다. 부여 전위가 충분히 높은 경우, 베이스 기판 S4를 따라서 연장되는 가동부(42)는, 컨택트 전극(43)이 양쪽 컨택트 전극(44A, 44B)에 접촉할 때까지 탄성 변형된다. 이와 같이 하여, 마이크로 스위칭 소자 X4의 폐쇄 상태가 달성된다. 폐쇄 상태에서는, 컨택트 전극(43)에 의해 한 쌍의 컨택트 전극(44A, 44B)이 전기적으로 도통하게 되어, 전류 가 해당 컨택트 전극(44A, 44B) 사이를 통과하는 것이 허용된다. 이와 같이 하여, 예를 들면 고주파 신호의 온 상태를 달성할 수 있다.
한편, 폐쇄 상태에 있는 마이크로 스위칭 소자 X4에서, 구동 전극(45)에 대한 전위 부여를 정지함으로써 구동 전극(45, 46) 사이에 작용하는 정전 인력을 소멸시키면, 가동부(42)는 그 자연 상태로 복귀하고, 컨택트 전극(43)은 양쪽 컨택트 전극(44A, 44B)으로부터 이격한다. 이와 같이 하여, 도 23 및 도 25에 도시한 바와 같은, 마이크로 스위칭 소자 X4의 개방 상태가 달성된다. 개방 상태에서는, 한 쌍의 컨택트 전극(44A, 44B)이 전기적으로 분리되고, 전류가 해당 컨택트 전극(44A, 44B) 사이를 통과하는 것은 저지된다. 이와 같이 하여, 예를 들면 고주파 신호의 오프 상태를 달성할 수 있다.
마이크로 스위칭 소자 X4에서는, 상술한 폐쇄 상태를 실현하기 위해 구동 전극(45)에 부여할 전위, 즉 구동 전압은, 큰 경우가 많다. 그 이유는, 이하와 같다.
마이크로 스위칭 소자 X4의 제조 과정에서, 컨택트 전극(43)은, 가동부(42) 상, 또는 재료 기판에서의 가동부 형성 예정 개소 상에서, 박막 형성 기술을 이용하여 형성된다. 구체적으로는, 컨택트 전극(43)의 형성에서는, 스퍼터링이나 증착법 등에 의해 소정면 상에 소정의 도전 재료가 성막된 후, 해당 막이 패터닝된다. 박막 형성 기술을 이용하여 형성되는 컨택트 전극(43)에는, 소정의 내부 응력이 발생하기 쉽다. 이 내부 응력이 발생하면, 가동부(42)에서 컨택트 전극(43)이 접합하는 개소 및 그 근방은, 컨택트 전극(43)과 함께, 예를 들면 도 26의 (a)나 도 26 의 (b)에 과장하여 도시한 바와 같이 변형하게 된다. 이와 같은 변형이 생기면, 비구동 시 또는 개방 상태에서, 대부분의 경우, 컨택트 전극(43, 44A) 사이의 거리와, 컨택트 전극(43, 44B) 사이의 거리는 서로 다르다.
도 27은, 마이크로 스위칭 소자 X4가 개방 상태로부터 폐쇄 상태에 이르는 과정의 일례를 도시한다. 도 27의 (a)∼(c)는, 각각 컨택트 전극(43)과 컨택트 전극(44A)의 접촉 분리 개소 및 그 근방의 부분 확대 단면, 및 컨택트 전극(43)과 컨택트 전극(44B)의 접촉 분리 개소 및 그 근방의 부분 확대 단면을 포함한다.
도 27의 (a)에 도시한 개방 상태, 즉 컨택트 전극(43, 44A) 사이의 거리가 컨택트 전극(43, 44B) 사이의 거리보다 작은 개방 상태에서, 구동 전극(45, 46) 사이에 인가하는 전압을 0V로부터 점차로 증대시키면, 구동 전극(45, 46) 사이의 정전 인력도 점차로 증대한다. 이 정전 인력의 작용에 의해, 베이스 기판 S4를 따라서 연장되는 가동부(42)는 부분적으로 탄성 변형되고, 소정의 전압 V11에서, 도 27의 (b)에 도시한 바와 같이 컨택트 전극(43, 44A) 사이가 폐쇄된다. 도 27의 (a)에 도시한 개방 상태로부터 도 27의 (b)에 도시한 중간 상태에 이르기까지의 이와 같은 과정(제1 과정)에서는, 가동부(42)에서, 도 22에 도시한 구동력 발생 영역 R'에 대응하는 개소부터 고정단(42a)까지의 사이가, 주로 굽힘 변형된다. 또한，이 제1 과정에서는, 가동부(42)의 고정단(42a)을 지점 또는 고정축으로 하고, 또한 구동 전극(45)에서 구동 전극(46)에 대향하는 도 22에 도시한 영역(구동력 발생 영역 R')의 무게 중심 C'를 역점으로서, 가동부(42)에 힘이 작용된다고 간주할 수 있다.
도 27의 (b)에 도시한 바와 같이 컨택트 전극(43, 44A) 사이가 폐쇄된 후, 구동 전극(45, 46) 사이에 인가하는 전압을 더 증대시키면, 구동 전극(45, 46) 사이의 정전 인력도 더 증대하고, 소정의 전압 V12(>V11)에서, 도 27의 (c)에 도시한 바와 같이 컨택트 전극(43, 44B) 사이가 폐쇄된다. 도 27의 (b)에 도시한 중간 상태로부터 도 27의 (c)에 도시한 폐쇄 상태에 이르기까지의 이와 같은 과정(제2 과정)에서는, 가동부(42)에서, 구동력 발생 영역 R'에 대응하는 개소부터 고정단(42a)까지의 사이가, 주로 비틀림 변형된다. 또한，이 제2 과정에서는, 가동부(42)의 고정단(42a)과 컨택트 전극(43, 44A) 사이의 접촉 개소를 도 22에 도시한 바와 같이 통하는 가상선 F'를 고정축 또는 회전축으로 하고, 또한 구동력 발생 영역 R'의 무게 중심 C'를 역점으로서, 가동부(42)에 힘이 작용된다고 간주할 수 있다.
한편, 컨택트 전극(43, 44A) 사이의 거리가 컨택트 전극(43, 44B) 사이의 거리보다 큰 개방 상태를 취하는 마이크로 스위칭 소자 X4에서 폐쇄 상태가 실현되는 과정에서는, 컨택트 전극(43, 44B) 사이가 폐쇄된 후에, 컨택트 전극(43, 44A) 사이가 폐쇄되게 된다.
마이크로 스위칭 소자 X4의 폐쇄 상태를 실현하기 위해서는, 예를 들면 상술한 바와 같이, 개방 상태로부터 도 27의 (b)에 도시한 중간 상태에 이르기까지의 제1 과정과, 이 중간 상태로부터 도 27의 (c)에 도시한 폐쇄 상태에 이르기까지의 제2 과정을 거쳐야만 한다. 제1 과정과 제2 과정에서는, 가동부(42)의 변형의 양 태 또는 모드가 상이하다. 제1 과정의 변형 모드에서는, 가동부(42)의 고정단(42a)이 지점 또는 고정축이며, 해당 고정축과 구동력 발생 영역 R'의 무게 중심 C'(역점) 사이의 거리는 비교적 길다. 그 때문에, 제1 과정에서는, 비교적 작은 구동 전압 V11 또는 정전 인력에 의해, 가동부(42)가 변형되는 데에 필요한 모멘트가 예를 들면 무게 중심 C'에 발생한다. 이에 대해, 제2 과정의 변형 모드에서는, 가동부(42)의 고정단(42a)과 컨택트 전극(43, 44A) 사이의 접촉 개소를 도 22에 도시한 바와 같이 통하는 가상선 F'가 고정축 또는 회전축이며, 해당 축(가상선 F')과 구동력 발생 영역 R'의 무게 중심 C'(역점) 사이의 거리는 상당 정도로 짧다. 그 때문에, 컨택트 전극(43, 44B) 사이가 폐쇄될 때까지 제2 과정의 변형 모드로 가동부(42)를 변형시키는 데에 충분한 모멘트 사이를 무게 중심 C'에 발생시키기 위해서는, 상당 정도로 큰 구동 전압 V12를 구동 전극(45, 46)에 인가함으로써, 상당 정도로 큰 정전 인력을 구동 전극(45, 46) 사이에 발생시킬 필요가 있다.
이상과 같이, 종래의 마이크로 스위칭 소자 X4에서는, 컨택트 전극(43, 44A) 사이의 거리와 컨택트 전극(43, 44B) 사이의 거리가 상이한 경우가 많고, 또한 그 경우에는 상술한 제2 과정에서의 가상선 F'(고정축)와 구동력 발생 영역 R'의 무게 중심 C'(역점) 사이의 거리가 상당 정도로 짧다. 따라서, 마이크로 스위칭 소자 X4에서는, 양쪽 컨택트 전극(44A, 44B) 모두 컨택트 전극(43)이 접촉하는 폐쇄 상태를 실현하는 데에 필요로 하는 전압(구동 전압)은, 큰 경우가 많은 것이다.
본 발명은, 이상과 같은 사정 하에서 생각해 낸 것으로서, 구동 전압의 저감을 도모하는 데에 적합한 마이크로 스위칭 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 측면에 의해 제공되는 마이크로 스위칭 소자는, 고정부와, 가동부와, 가동 컨택트 전극과, 제1 고정 컨택트 전극과, 제2 고정 컨택트 전극과, 구동 기구를 구비한다. 고정부는, 예를 들면 지지 기판에 고정된 부위이다. 가동부는, 제1 면 및 그 제1 면과는 반대의 제2 면을 갖고, 또한 고정부에 고정된 고정단을 갖고 예를 들면 지지 기판을 따라서 연장된다. 가동 컨택트 전극은, 고정단으로부터 이격하여 가동부의 제1 면 상에 설치되고, 또한 해당 이격의 방향과는 교차하는 방향으로 이격하는 제1 접촉부 및 제2 접촉부를 갖는다. 제1 고정 컨택트 전극은, 가동 컨택트 전극의 제1 접촉부에 대향하는 제3 접촉부를 갖고, 또한 고정부에 접합하고 있다. 제2 고정 컨택트 전극은, 가동 컨택트 전극의 제2 접촉부에 대향하는 제4 접촉부를 갖고, 또한 고정부에 접합하고 있다. 구동 기구는, 소정의 양태로 전압이 인가됨으로써 구동력을 발생시키기 위한 것이며, 가동부의 제1 면 상에 구동력 발생 영역을 갖는다. 본 소자의 비구동 시 또는 개방 상태에서, 제1 접촉부와 제3 접촉부 사이의 거리(제1 거리)는, 제2 접촉부와 제4 접촉부 거리(제2 거리)보다도 작다. 또한, 구동력 발생 영역의 무게 중심은, 가동 컨택트 전극에서의 제1 접촉부보다도 제2 접촉부에 가깝다.
이와 같은 구성의 마이크로 스위칭 소자에서는, 가동 컨택트 전극이 제1 고 정 컨택트 전극에도 제2 고정 컨택트 전극에도 접촉하도록, 구동 기구의 구동력 발생 영역에서 충분히 큰 구동력을 발생시켜 가동부를 변형시킴으로써, 폐쇄 상태(스위치 온 상태)를 실현할 수 있다. 폐쇄 상태에서는, 가동 컨택트 전극에 의해 한 쌍의 고정 컨택트 전극이 전기적으로 도통하게 되어, 전류가 고정 컨택트 전극 사이를 통과하는 것이 허용된다. 비구동 시 또는 개방 상태에서 제1 거리가 제2 거리보다도 작다고 하는 상술한 구성은, 본 소자의 폐쇄 상태를 실현하는 과정에서, 가동 컨택트 전극의 제1 접촉부를 제2 접촉부보다도 먼저 고정 컨택트 전극에 당접시킬 때에 바람직하다.
또한, 본 소자의 구동 과정에서는, 가동 컨택트 전극의 제1 접촉부가 제1 고정 컨택트 전극의 제3 접촉부에 당접하고 또한 가동 컨택트 전극의 제2 접촉부가 제2 고정 컨택트 전극의 제4 접촉부에 당접하고 있지 않은 상태에서, 본 소자에서 충분히 큰 구동력이 발생하고 있으면, 제1 접촉부 및 제3 접촉부의 접촉 개소와 가동부의 고정단을 통하는 가상선을 고정축 또는 회전축으로 하고, 또한 구동력 발생 영역의 무게 중심을 역점으로서, 가동부에 구동력이 작용된다라고 간주할 수 있는 바, 구동 기구의 구동력 발생 영역의 무게 중심이 가동 컨택트 전극의 제1 접촉부보다도 제2 접촉부에 가깝다고 하는 상술한 구성은, 구동력 발생 영역의 무게 중심(역점)과 해당 축 사이에서 긴 거리를 확보할 때에 바람직하다. 구동력 발생 영역의 무게 중심(역점)과 해당 축 사이의 거리가 길수록, 가동 컨택트 전극(제2 접촉부)과 제2 고정 컨택트 전극(제4 접촉부) 사이가 폐쇄될 때까지 가동부가 변형되는 과정에서 구동력 발생 영역의 무게 중심으로 큰 모멘트를 발생시키기 쉬워, 폐 쇄 상태를 실현할 때에 구동 기구에 의해 발생시킬 필요가 있는 최소 구동력은 작다. 이 최소 구동력이 작을수록, 폐쇄 상태를 실현할 때에 구동 기구에 인가할 필요가 있는 최소 전압은 작다.
따라서, 가동 컨택트 전극의 제1 접촉부가 제1 고정 컨택트 전극의 제3 접촉부에 당접하고 또한 가동 컨택트 전극의 제2 접촉부가 제2 고정 컨택트 전극의 제4 접촉부에 당접하고 있지 않은 상태에서, 구동력 발생 영역의 무게 중심(역점)과 상기의 축 사이에 장거리를 확보할 때에 바람직한 본 마이크로 스위칭 소자는, 폐쇄 상태를 실현할 때에 구동 기구에 인가할 구동 전압을 저감하는 데에 바람직한 것이다.
본 발명의 제1 측면에서, 가동 컨택트 전극은 제1 돌기부 및 제2 돌기부를 갖고, 그 제1 돌기부는 상기의 제1 접촉부를 포함하고, 상기 제2 돌기부는 상기의 제2 접촉부를 포함한다. 이 경우, 제1 돌기부의 돌출 길이와 제2 돌기부의 돌출 길이는 동일하여도 되지만, 바람직하게는 제1 돌기부의 돌출 길이는, 제2 돌기부의 돌출 길이보다 크다. 이들 구성은, 본 소자의 폐쇄 상태를 실현하는 과정에서, 가동 컨택트 전극의 제2 접촉부를 제2 고정 컨택트 전극의 제4 접촉부에 당접시키는 것보다도 먼저, 가동 컨택트 전극의 제1 접촉부를 제1 고정 컨택트 전극의 제3 접촉부에 당접시킬 때에 바람직하다.
바람직하게는, 제1 고정 컨택트 전극은 제3 돌기부를 포함하고, 그 제3 돌기부는 상기의 제3 접촉부를 포함하고, 또한 제2 고정 컨택트 전극은 제4 돌기부를 포함하고, 그 제4 돌기부는 상기의 제4 접촉부를 포함한다. 이 경우, 제3 돌기부 의 돌출 길이와 제4 돌기부의 돌출 길이는 동일하여도 되지만, 바람직하게는 제3 돌기부의 돌출 길이는, 제4 돌기부의 돌출 길이보다 크다. 이들 구성은, 본 소자의 폐쇄 상태를 실현하는 과정에서, 가동 컨택트 전극의 제2 접촉부를 제2 고정 컨택트 전극의 제4 접촉부에 당접시키는 것보다도 먼저, 가동 컨택트 전극의 제1 접촉부를 제1 고정 컨택트 전극의 제3 접촉부에 당접시킬 때에 바람직하다.
바람직하게는, 본 소자의 비구동 시 또는 개방 상태에서, 가동 컨택트 전극의 제1 접촉부와 제1 고정 컨택트 전극의 제3 접촉부 사이의 거리는 0이다. 이 경우, 제1 접촉부와 제3 접촉부는 접합하고 있어도 된다. 이와 같은 구성은, 본 소자의 비구동 시 또는 개방 상태에서의, 가동부 상의 가동 컨택트 전극의, 양쪽 고정 컨택트 전극에 대한 배향의 변동을 억제할 때에 바람직하다. 해당 변동 억제는, 구동 전압을 저감하는 데에 이바지한다.
바람직하게는, 가동부의 고정단과 가동 컨택트 전극의 제1 접촉부 사이의 거리, 및 고정단과 제2 접촉부 사이의 거리는, 상이하다. 예를 들면, 고정단과 제2 접촉부 사이의 거리는, 고정단과 제1 접촉부 사이의 거리보다 작다. 또한, 가동부는 굴곡 구조를 갖고 있어도 된다. 바람직하게는, 고정단의 길이를 2등분하는 점과, 제1 접촉부 및 제2 접촉부 사이를 2등분하는 점을 통하는 가상선보다도, 제2 접촉부 근처에, 구동력 발생 영역의 무게 중심은 위치한다. 이들 구성은, 가동부 상의 구동력 발생 영역의 무게 중심(역점)과 상술한 고정축 또는 회전축 사이에서 긴 거리를 확보할 때에 바람직하다.
본 발명의 제2 측면에 의해 제공되는 마이크로 스위칭 소자는, 고정부와, 가 동부와, 가동 컨택트 전극과, 제1 고정 컨택트 전극과, 제2 고정 컨택트 전극과, 구동 기구를 구비한다. 고정부는, 예를 들면 지지 기판에 고정된 부위이다. 가동부는, 제1 면 및 그 제1 면과는 반대의 제2 면을 갖고, 또한 고정부에 고정된 고정단을 갖고 연장된다. 가동 컨택트 전극은, 고정단으로부터 이격하여 가동부의 제1 면 상에 설치되고, 또한 해당 이격의 방향과는 교차하는 방향으로 이격하는 접촉부 및 접합부를 갖는다. 제1 고정 컨택트 전극은, 가동 컨택트 전극의 접합부와 접합하는 부위를 갖고, 또한 고정부에 접합하고 있다. 제2 고정 컨택트 전극은, 가동 컨택트 전극의 접촉부에 대향하는 부위를 갖고, 또한 고정부에 접합하고 있다. 구동 기구는, 소정의 양태로 전압이 인가됨으로써 구동력을 발생시키기 위한 것이며, 가동부의 제1 면 상에 구동력 발생 영역을 갖는다. 또한, 구동력 발생 영역의 무게 중심은, 가동 컨택트 전극에서의 접합부보다도 접촉부에 가깝다.
이와 같은 구성의 마이크로 스위칭 소자에서는, 가동 컨택트 전극의 접촉부가 제2 고정 컨택트 전극에 접촉하도록, 구동 기구의 구동력 발생 영역에서 충분히 큰 구동력을 발생시켜 가동부를 변형시킴으로써, 폐쇄 상태(스위치 온 상태)를 실현할 수 있다. 폐쇄 상태에서는, 가동 컨택트 전극에 의해 한 쌍의 고정 컨택트 전극이 전기적으로 도통하게 되어, 전류가 고정 컨택트 전극 사이를 통과하는 것이 허용된다.
가동 컨택트 전극의 접합부가 제1 고정 컨택트 전극과 접합하고 또한 접촉부가 제2 고정 컨택트 전극에 당접하고 있지 않은 상태에서 본 소자에서 상술한 구동력을 발생시키면, 접합부 및 제1 고정 컨택트 전극의 접합 개소와 가동부의 고정단 을 통하는 가상선을 고정축 또는 회전축으로 하고, 또한 구동력 발생 영역의 무게 중심을 역점으로서, 가동부에 구동력이 작용된다라고 간주할 수 있도록 동작하는 바, 구동 기구의 구동력 발생 영역의 무게 중심이 가동 컨택트 전극의 접합부보다도 접촉부에 가깝다고 하는 상술한 구성은, 구동력 발생 영역의 무게 중심(역점)과 해당 축 사이에서 긴 거리를 확보할 때에 바람직하다. 구동력 발생 영역의 무게 중심(역점)과 해당 축 사이의 거리가 길수록, 가동 컨택트 전극과 제2 고정 컨택트 전극이 폐쇄될 때까지 가동부가 변형되는 과정에서 구동력 발생 영역의 무게 중심으로 큰 모멘트를 발생시키기 쉬워, 폐쇄 상태를 실현할 때에 구동 기구에 의해 발생시킬 필요가 있는 최소 구동력은 작다. 이 최소 구동력이 작을수록, 폐쇄 상태를 실현할 때에 구동 기구에 인가할 필요가 있는 최소 전압은 작다.
따라서, 가동 컨택트 전극의 접합부가 제1 고정 컨택트 전극과 접합하고 또한 접촉부가 제2 고정 컨택트 전극에 당접하고 있지 않은 상태에서, 구동력 발생 영역의 무게 중심(역점)과 고정축(가상선) 사이에 장거리를 확보할 때에 바람직한 본 마이크로 스위칭 소자는, 폐쇄 상태를 실현할 때에 구동 기구에 인가할 구동 전압을 저감하는 데에 바람직한 것이다.
본 발명의 제2 측면에서, 바람직하게는 가동부의 고정단과 가동 컨택트 전극의 접합부의 거리, 및 가동부의 고정단과 접촉부의 거리는, 상이하다. 가동부는 굴곡 구조를 갖고 있어도 된다. 바람직하게는, 고정단의 길이를 2등분하는 점과, 접촉부 및 접합부 사이를 2등분하는 점을 통하는 가상선보다도, 접촉부 근처에, 구동력 발생 영역의 무게 중심은 위치한다. 가동부와 그 가동부 상의 가동 컨택트 전극의 형상에 관한 이들 구성은, 가동부 상의 구동력 발생 영역의 무게 중심(역점)과 상술한 고정축 또는 회전축 사이에서 긴 거리를 확보할 때에 바람직하다.
본 발명의 제1 및 제2 측면에서의 바람직한 실시 형태에서는, 구동 기구는 가동부의 제1 면 상에 설치된 가동 구동 전극과, 가동 구동 전극에 대향하는 부위를 갖고 또한 고정부에 접합하고 있는 고정 구동 전극을 포함한다. 본 발명에 따른 마이크로 스위칭 소자는, 정전 구동형으로서 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 및 제2 측면에서의 다른 바람직한 실시 형태에서는, 구동 기구는, 가동부의 제1 면 상에 형성된 제1 전극막과, 제2 전극막과, 그 제1 및 제2 전극막 사이에 개재하는 압전막으로 이루어지는 적층 구조를 포함한다. 본 발명의 마이크로 스위칭 소자는, 압전 구동형으로서 구성되어도 된다.
본 발명의 제1 및 제2 측면에서의 다른 바람직한 실시 형태에서는, 구동 기구는, 열팽창율이 서로 다른 복수의 재료막으로 이루어지는 적층 구조를 포함한다. 본 발명의 마이크로 스위칭 소자는, 열구동형으로서 구성되어도 된다.
도 1 내지 도 5는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자 X1을 도시한다. 도 1은, 마이크로 스위칭 소자 X1의 평면도이며, 도 2는 마이크로 스위칭 소자 X1의 일부 생략 평면도이다. 도 3 내지 도 5는, 각각 도 1의 선Ⅲ-Ⅲ, 선Ⅳ-Ⅳ, 및 선V-V에 따른 단면도이다.
마이크로 스위칭 소자 X1은, 베이스 기판 S1과, 고정부(11)와, 가동부(12)와, 컨택트 전극(13)과, 한 쌍의 컨택트 전극(14A, 14B)(도 2에서 생략)과, 구동 전극(15)과, 구동 전극(16)(도 2에서 생략)을 구비한다.
고정부(11)는, 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 경계층(17)을 경유하여 베이스 기판 S1에 접합하고 있다. 또한, 고정부(11)는, 단결정 실리콘 등의 실리콘 재료로 이루어진다. 고정부(11)를 구성하는 실리콘 재료는, 1000Ωㆍ㎝ 이상의 저항율을 갖는 것이 바람직하다. 경계층(17)은 예를 들면 이산화 실리콘으로 이루어진다.
가동부(12)는, 예를 들면 도 1, 도 2, 또는 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 면(12a) 및 제2 면(12b)을 갖고, 고정부(11)에 고정된 고정단(12c)과 자유단(12d)을 갖고 베이스 기판 S1을 따라서 연장되고, 슬릿(18)을 통하여 고정부(11)에 둘러싸여져 있다. 가동부(12)에 대해 도 3 및 도 4에 도시한 두께 T는 예를 들면 15㎛ 이하이다. 또한, 가동부(12)에 대해, 도 2에 도시한 길이 L1은 예를 들면 650∼1000㎛이며, 길이 L2는 예를 들면 200∼400㎛이다. 슬릿(18)의 폭은 예를 들면 1.5∼2.5㎛이다. 가동부(12)는, 예를 들면 단결정 실리콘으로 이루어진다.
컨택트 전극(13)은, 본 발명에서의 가동 컨택트 전극이며, 도 2에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 가동부(12)의 제1 면(12a) 상에서 자유단(12d) 근처에 설치되어 있다(즉, 컨택트 전극(13)은 가동부(12)의 고정단(12c)으로부터 이격하여 설치되어 있다). 또한, 컨택트 전극(13)은 접촉부(13a', 13b')를 갖는다. 접촉부(13a')는 컨택트 전극(14A)과 접촉 가능한 개소이며, 접촉부(13b')는 컨택트 전극(14B)과 접촉 가능한 개소이다. 도 2에서는, 도면의 명확화의 관점으로부터, 접 촉부(13a', 13b')를 흑베타로 나타낸다. 컨택트 전극(13)의 두께는 예를 들면 0.5∼2.0㎛이다. 이와 같은 두께 범위는, 컨택트 전극(13)의 저저항화를 도모할 때에 바람직하다. 컨택트 전극(13)은, 소정의 도전 재료로 이루어지고, 예를 들면 Mo 기초막과 그 위의 Au막으로 이루어지는 적층 구조를 갖는다.
컨택트 전극(14A, 14B)은, 본 발명에서의 제1 및 제2 고정 컨택트 전극이며, 도 3이나 도 5에 도시한 바와 같이, 고정부(11) 상에 세워 설치되어 있고 또한 돌기부(14a, 14b)를 갖는다. 돌기부(14a)의 선단은, 컨택트 전극(13) 내의 도 2에 도시한 접촉부(13a')에 대향하는 접촉부(14a')를 이룬다. 돌기부(14b)의 선단은, 컨택트 전극(13) 내의 도 2에 도시한 접촉부(13b')에 대향하는 접촉부(14b')를 이룬다. 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 돌기부(14a)의 돌출 길이 L3은, 돌기부(14b)의 돌출 길이 L4보다 크다. 예를 들면, 돌출 길이 L3은 1∼4㎛이며, 돌출 길이 L4는 돌출 길이 L3보다 작은 한에서 0.8∼3.8㎛이다. 본 소자의 비구동 시 또는 개방 상태에서, 돌기부(14a) 또는 접촉부(14a')와 컨택트 전극(13) 또는 접촉부(13a') 사이의 거리는, 돌기부(14b) 또는 접촉부(14b')와 컨택트 전극(13) 또는 접촉부(13b') 사이의 거리보다, 작다. 본 소자의 비구동 시 또는 개방 상태에서의 돌기부(14a) 또는 접촉부(14a')와 접촉부(13a') 사이의 거리는, 예를 들면 0.1∼2㎛이며, 돌기부(14b) 또는 접촉부(14b')와 접촉부(13b') 사이의 거리는, 예를 들면 0.2∼3㎛이다. 또한, 각 컨택트 전극(14A, 14B)은, 소정의 배선(도시 생략)을 통하여 스위칭 대상의 소정의 회로에 접속되어 있다. 컨택트 전극(14A, 14B)의 구성 재료로서는, 컨택트 전극(13)의 구성 재료와 동일한 것을 채용할 수 있다.
구동 전극(15)은, 도 2에 잘 도시되어 있는 바와 같이 가동부(12) 상 및 고정부(11) 상에 걸쳐서 설치되어 있다. 구동 전극(15)의 두께는 예를 들면 0.5∼2㎛이다. 구동 전극(15)의 구성 재료로서는, Au를 채용할 수 있다.
구동 전극(16)은, 구동 전극(15) 사이에 정전 인력(구동력)을 발생시키기 위한 것이며, 도 4에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 그 양단이 고정부(11)에 접합하여 구동 전극(15)의 상방을 걸치도록 세워 설치되어 있다. 구동 전극(16)의 두께는 예를 들면 15㎛ 이상이다. 또한, 구동 전극(16)은, 소정의 배선(도시 생략)을 통하여 그라운드 접속되어 있다. 구동 전극(15)의 구성 재료서는, 구동 전극(15)의 구성 재료와 동일한 것을 채용할 수 있다.
구동 전극(15, 16)은, 본 발명에서의 구동 기구를 구성하고, 도 2에 도시한 바와 같이, 가동부(12)의 제1 면(12a) 상에 구동력 발생 영역 R을 갖는다. 본 실시 형태의 구동력 발생 영역 R은, 도 4에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 구동 전극(15)에서 구동 전극(16)에 대향하는 영역이다.
마이크로 스위칭 소자 X1은, 도 2에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 가동부(12)의 형상에 대해 비대칭성을 갖는다. 예를 들면, 가동부(12)의 고정단(12c)과 컨택트 전극(13)의 접촉부(13a')를 통하는 가상선 F1에 대해, 컨택트 전극(13)의 접촉부(13b')와 동일한 측에 가동부(12)의 무게 중심이 위치하도록, 가동부(12)는 비대칭인 형상을 갖는다. 또한, 마이크로 스위칭 소자 X1은, 가동부(12)의 형상 외에 컨택트 전극(13)의 접촉부(13a', 13b')의 배치(따라서, 컨택트 전극(14A, 14B)의 접촉부(14a', 14b')의 배치), 및 구동 전극(15, 16)에 의해 구성되는 구동 기구에서의 구동력 발생 영역 R의 배치에 대해, 비대칭성을 갖는다. 예를 들면, 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C는, 컨택트 전극(13)의 접촉부(13a')보다도 접촉부(13b')에 가깝다. 가동부(12)의 고정단(12c)과 컨택트 전극(13)의 접촉부(13a') 사이의 거리보다, 고정단(12c)과 컨택트 전극(13)의 접촉부(13b') 사이의 거리는 길다. 가동부(12)의 고정단(12c)의 길이를 2등분하는 점 P1과, 컨택트 전극(13)에서의 접촉부(13a', 13b') 사이를 2등분하는 점 P2를 통하는 가상선 F2보다도, 접촉부(13b') 근처에, 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C는 위치한다.
이와 같은 구성의 마이크로 스위칭 소자 X1에서, 구동 전극(15)에 전위를 부여하면, 구동 전극(15, 16) 사이에는 정전 인력이 발생한다. 부여 전위가 충분히 높은 경우, 가동부(12)는, 컨택트 전극(13)이 한 쌍의 컨택트 전극(14A, 14B) 또는 한 쌍의 돌기부(14A, 14B)에 당접하는 위치까지 탄성 변형된다. 이와 같이 하여, 마이크로 스위칭 소자 X1의 폐쇄 상태가 달성된다. 폐쇄 상태에서는, 컨택트 전극(13)에 의해 한 쌍의 컨택트 전극(14A, 14B)이 전기적으로 도통하게 되어, 전류가 컨택트 전극(14A, 14B) 사이를 통과하는 것이 허용된다. 이와 같이 하여, 예를 들면 고주파 신호의 온 상태를 달성할 수 있다.
도 6은, 마이크로 스위칭 소자 X1이 개방 상태로부터 폐쇄 상태에 이르는 과정의 일례를 도시한다. 도 6의 (a)∼(c)는, 각각 컨택트 전극(14A)의 돌기부(14a) 및 그 근방의 부분 확대 단면, 및 컨택트 전극(14B)의 돌기부(14b) 및 그 근방의 부분 확대 단면을 포함한다.
도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 마이크로 스위칭 소자 X1의 비구동 시 또는 개방 상태에서는, 컨택트 전극(13, 14A) 사이(즉 접촉부(13a', 14a') 사이)의 거리가 컨택트 전극(13, 14B) 사이(즉 접촉부(13b', 14b') 사이)의 거리보다 작다. 이와 같은 개방 상태에서, 구동 전극(15, 16) 사이에 인가하는 전압을 0V로부터 점차로 증대시키면, 구동 전극(15, 16) 사이의 정전 인력도 점차로 증대한다. 이 정전 인력의 작용에 의해, 베이스 기판 S1을 따라서 연장되는 가동부(12)는 부분적으로 탄성 변형되고, 소정의 전압 V1에서, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이 컨택트 전극(13, 14A) 사이(즉 접촉부(13a', 14a') 사이)가 폐쇄된다. 마이크로 스위칭 소자 X1에서는, 컨택트 전극(14B)의 돌기부(14b)보다도 먼저 컨택트 전극(14A)의 돌기부(14a)에 컨택트 전극(13)이 당접하도록, 돌기부(14a)의 돌출 길이 L3은, 돌기부(14b)의 돌출 길이 L4보다도 충분히 크게 설정되어 있다. 도 6의 (a)에 도시한 개방 상태로부터 도 6의 (b)에 도시한 중간 상태에 이르기까지의 이와 같은 과정(제1 과정)에서는, 가동부(12)에서, 구동력 발생 영역 R에 대응하는 개소부터 고정단(12c)까지의 사이가, 주로 굽힘 변형된다. 또한，이 제1 과정에서는, 가동부(12)의 고정단(12c)을 지점 또는 고정축으로 하고, 또한 구동 전극(15)에서 구동 전극(16)에 대향하는 영역(구동력 발생 영역 R)의 무게 중심 C를 역점으로서, 가동부(12)에 힘이 작용된다라고 간주할 수 있다.
도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 컨택트 전극(13, 14A) 사이가 폐쇄된 후, 구동 전극(15, 16) 사이에 인가하는 전압을 더 증대시키면, 구동 전극(15, 16) 사이의 정전 인력도 더 증대하고, 소정의 전압 V2(>V1)에서, 도 6의 (c)에 도시한 바와 같이 컨택트 전극(13, 14B) 사이(즉 접촉부(13b', 14b') 사이)가 폐쇄된다. 도 6의 (b)에 도시한 중간 상태로부터 도 6의 (c)에 도시한 폐쇄 상태에 이르기까지의 이와 같은 과정(제2 과정)에서는, 가동부(12)에서 구동력 발생 영역 R에 대응하는 개소부터 고정단(12c)까지의 사이가, 주로 비틀림 변형된다. 또한, 이 제2 과정에서는, 가동부(12)의 고정단(12c)과 컨택트 전극(13, 14A) 사이의 접촉 개소를 도 2에 도시한 바와 같이 통하는 가상선 F1을 고정축 또는 회전축으로 하고, 또한 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C를 역점으로서, 가동부(12)에 힘이 작용된다라고 간주할 수 있다.
마이크로 스위칭 소자 X1에서 폐쇄 상태를 실현할 때에는, 이와 같이 개방 상태에서 도 6의 (b)에 도시한 중간 상태에 이르기까지의 제1 과정과, 이 중간 상태로부터 폐쇄 상태에 이르기까지의 제2 과정을 거친다.
제1 과정과 제2 과정에서는, 가동부(12)의 변형의 양태 또는 모드가 상이하다. 제1 과정의 변형 모드에서는, 가동부(12)의 고정단(12c)이 지점 또는 고정축이며, 해당 축과 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C(역점) 사이의 거리는 비교적 길다. 그 때문에, 제1 과정에서는, 비교적 작은 구동 전압 V1 또는 정전 인력에 의해, 가동부(12)가 변형되는 데에 필요한 모멘트가 무게 중심 C에 발생한다.
계속되는 제2 과정의 변형 모드에서는, 가동부(12)의 고정단(12c)과 컨택트 전극(13, 14A) 사이의 접촉 개소를 도 2에 도시한 바와 같이 통하는 가상선 F1을 고정축 또는 회전축으로 하고, 또한 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C를 역점으로서, 가동부(12)에 구동력이 작용된다라고 간주할 수 있는 바, 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C가 컨택트 전극(13)의 접촉부(13a')보다도 접촉부(13b')에 가깝다고 하는 구성은, 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C(역점)와 해당 축(가상선 F1) 사이에서 긴 거리를 확보할 때에 바람직하다. 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C(역점)와 해당 축 사이의 거리가 길수록, 컨택트 전극(13)과 컨택트 전극(14B)(돌기부(14b), 접촉부(14b')) 사이가 폐쇄될 때까지 가동부(12)가 변형되는 과정에서 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C에 의해 큰 모멘트를 발생시키기 쉬워, 폐쇄 상태를 실현할 때에 구동 기구(구동 전극(15, 16))에서 발생시킬 필요가 있는 최소 구동력(최소정전 인력)은 작다. 이 최소 구동력이 작을수록, 폐쇄 상태를 실현할 때에 구동 기구에 인가할 필요가 있는 최소 전압은 작다. 따라서, 마이크로 스위칭 소자 X1은, 폐쇄 상태를 실현할 때에 구동 기구에 인가할 구동 전압을 저감하는 데에 바람직하다.
한편, 도 6의 (c)에 도시한 폐쇄 상태에 있는 마이크로 스위칭 소자 X1에서, 구동 전극(15)에 대한 전위 부여를 정지함으로써 구동 전극(15, 16) 사이에 작용하는 정전 인력을 소멸시키면, 가동부(12)는 그 자연 상태로 복귀하고, 컨택트 전극(13)은, 양쪽 컨택트 전극(14A, 14B)으로부터 이격한다. 이와 같이 하여, 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같은, 마이크로 스위칭 소자 X1의 개방 상태가 달성된다. 개방 상태에서는, 한 쌍의 컨택트 전극(14A, 14B)이 전기적으로 분리되고, 전류가 컨택트 전극(14A, 14B) 사이를 통과하는 것은 저지된다. 이와 같이 하여, 예를 들면 고주파 신호의 오프 상태를 달성할 수 있다. 또한, 이와 같은 개방 상태에 있는 마이크로 스위칭 소자 X1에 대해서는, 상술한 폐쇄 상태 실현 방법으로부터 다시 폐쇄 상태로 절환하는 것이 가능하다.
이상과 같이, 마이크로 스위칭 소자 X1에서는, 양쪽 컨택트 전극(14A, 14B)에 대해 컨택트 전극(13)이 접촉하고 있는 폐쇄 상태와, 양쪽 컨택트 전극(14A, 14B)으로부터 컨택트 전극(13)이 이격하고 있는 개방 상태를 선택적으로 절환할 수 있다. 또한, 마이크로 스위칭 소자 X1은, 상술한 바와 같이, 폐쇄 상태 실현 과정에 관한 구동 전압을 저감하는 데에 적합하다.
마이크로 스위칭 소자 X1은, 상술한 바와 같이, 가동부(12)의 형상, 컨택트 전극(13)의 접촉부(13a', 13b')의 배치(따라서, 컨택트 전극(14A, 14B)의 접촉부(14a', 14b')의 배치), 및 구동 전극(15, 16)에 의해 구성되는 구동 기구에서의 구동력 발생 영역 R의 배치에 대해, 비대칭성을 갖는다. 예를 들면, 가동부(12)의 고정단(12c)과 컨택트 전극(13)의 접촉부(13a')를 통하는 가상선 F1에 대해, 컨택트 전극(13)의 접촉부(13b')와 동일한 측에 가동부(12)의 무게 중심이 위치하도록, 가동부(12)는 비대칭인 형상을 갖는다. 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C는, 컨택트 전극(13)의 접촉부(13a')보다도 접촉부(13b')에 가깝다. 가동부(12)의 고정 단(12c)과 컨택트 전극(13)의 접촉부(13a') 사이의 거리보다, 고정단(12c)과 컨택트 전극(13)의 접촉부(13b') 사이의 거리는 길다. 가동부(12)의 고정단(12c)의 길이를 2등분하는 점 P1과, 컨택트 전극(13)에서의 접촉부(13a', 13b') 사이를 2등분하는 점 P2를 통하는 가상선 F2보다도, 접촉부(13b') 근처에, 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C는 위치한다. 비대칭성에 관한 이들 구성은, 가동부(12) 상의 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C(역점)와 상술한 고정축(가상선 F1) 사이에서 긴 거리를 확보할 때에 바람직하다.
가동부(12)는, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같은 굴곡 구조를 갖고 있어도 된다. 도 7의 (a)에 도시한 가동부(12)는, 고정단(12c)에서 고정부(11)에 직접 고정되고 또한 가동부(12)의 주연장 방향 M에 대해 직교하는 방향으로 연장되는 부위(12A)를 갖는다.
이와 같은 굴곡 구조를 가동부(12)가 갖는 경우, 도 6의 (b)에 도시한 중간 상태로부터 도 6의 (c)에 도시한 폐쇄 상태에 이르기까지의 제2 과정에서는, 고정단(12c)에서 고정부(11)에 고정되어 있는 부위(12A)가 주로, 도 7의 (b)에서 화살표 A1로 나타낸 바와 같이, 굽힘 변형된다. 또한, 이와 같은 제2 과정에서는, 가동부(12)의 고정단(12c)과 컨택트 전극(13, 14A) 사이의 접촉 개소를 통하는 가상선을 고정축 또는 회전축으로 하고, 또한 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C를 역점으로서, 가동부(12)에 힘이 작용된다라고 간주할 수 있다.
가동부(12)에서 구동력 발생 영역 R에 대응하는 개소부터 고정단(12c)까지의 사이가 비틀림 변형되는, 가동부(12)가 도 2에 도시한 형상을 갖는 경우의 상술한 제2 과정보다도, 부위(12A)가 굽힘 변형되는 본 변형예의 제2 과정쪽이, 구동 기구(구동 전극(15, 16))에서 발생할 구동력은 작은 경향이 있다. 이와 같이, 본 변형예의 가동부(12)의 굴곡 구조는 마이크로 스위칭 소자 X1에서 폐쇄 상태를 실현할 때에 구동 기구에 인가할 구동 전압을 저감하는 데에 이바지한다.
가동부(12)는, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같은 굴곡 구조를 갖고 있어도 된다. 도 8의 (a)에 도시한 가동부(12)는, 고정단(12c)에서 고정부(11)에 직접 고정되고 또한 가동부(12)의 주연장 방향 M과 교차하는 방향으로 연장되는 부위(12B)를 갖는다.
이와 같은 굴곡 구조를 가동부(12)가 갖는 경우, 도 6의 (b)에 도시한 중간 상태로부터 도 6의 (c)에 도시한 폐쇄 상태에 이르기까지의 제2 과정에서는, 고정단(12c)에서 고정부(11)에 고정되어 있는 부위(12B)가 주로, 도 8의 (b)에서 화살표 A2로 나타낸 바와 같이, 굽힘 변형된다. 또한, 이와 같은 제2 과정에서는, 가동부(12)의 고정단(12c)과 컨택트 전극(13, 14A) 사이의 접촉 개소를 통하는 가상선을 고정축 또는 회전축으로 하고, 또한 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C를 역점으로서, 가동부(12)에 힘이 작용된다라고 간주할 수 있다.
가동부(12)에서 구동력 발생 영역 R에 대응하는 개소부터 고정단(12c)까지의 사이가 비틀림 변형되는, 가동부(12)가 도 2에 도시한 형상을 갖는 경우의 상술한 제2 과정보다도, 부위(12B)가 굽힘 변형되는 본 변형예의 제2 과정쪽이, 구동 기구(구동 전극(15, 16))에서 발생할 구동력은 작은 경향이 있다. 또한, 본 변형예 에서는, 도 7에 도시한 변형예보다도, 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C(역점)와 제2 과정에서의 고정축 또는 회전축 사이에서, 긴 거리를 확보하기 쉽다. 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C(역점)와 해당 축 사이의 거리가 길수록, 컨택트 전극(13)과 컨택트 전극(14B)(돌기부(14b), 접촉부(14b')) 사이가 폐쇄될 때까지 가동부(12)가 변형되는 과정에서 구동력 발생 영역 R의 무게 중심 C에서 큰 모멘트를 발생시키기 쉬워, 폐쇄 상태를 실현할 때에 구동 기구(구동 전극(15, 16))에서 발생시킬 필요가 있는 최소 구동력(최소 정전 인력)은 작다. 이와 같이, 본 변형예의 가동부(12)의 굴곡 구조는 마이크로 스위칭 소자 X1에서 폐쇄 상태를 실현할 때에 구동 기구에 인가할 구동 전압을 저감하는 데에 이바지한다.
도 9 내지 도 12는 마이크로 스위칭 소자 X1의 제조 방법을, 도 3 내의 부분 단면 및 도 4 내의 부분 단면에 상당하는 단면의 변화로서 도시한다. 본 방법에서는, 우선 도 9의 (a)에 도시한 바와 같은 재료 기판 S1'를 준비한다. 재료 기판 S1'는, SOI(silicon oninsulator) 기판이며, 제1 층(21), 제2 층(22), 및 이들 사이의 중간층(23)으로 이루어지는 적층 구조를 갖는다. 본 실시 형태에서는, 예를 들면 제1 층(21)의 두께는 15㎛이며, 제2 층(22)의 두께는 525㎛이며, 중간층(23)의 두께는 4㎛이다. 제1 층(21)은, 예를 들면 단결정 실리콘으로 이루어지고, 고정부(11) 및 가동부(12)에로 가공된다. 제2 층(22)은, 예를 들면 단결정 실리콘으로 이루어지고, 베이스 기판 S1에로 가공된다. 중간층(23)은, 예를 들면 이산화 실리콘으로 이루어지고, 경계층(17)에로 가공된다.
다음으로, 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 층(21) 상에 도체막(24)을 형성한다. 예를 들면, 스퍼터링법에 의해, 제1 층(21) 상에 Mo를 성막하고, 계속해서 그 위에 Au를 성막한다. Mo막의 두께는 예를 들면 30㎚이며, Au막의 두께는 예를 들면 500㎚이다.
다음으로, 도 9의 (c)에 도시한 바와 같이, 포토리소법에 의해 도체막(24) 상에 레지스트 패턴(25, 26)을 형성한다. 레지스트 패턴(25)은, 컨택트 전극(13)에 대응하는 패턴 형상을 갖는다. 레지스트 패턴(26)은, 구동 전극(15)에 대응하는 패턴 형상을 갖는다.
다음으로, 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴(25, 26)을 마스크로서 이용하여 도체막(24)에 대해 에칭 처리를 실시함으로써, 제1 층(21) 상에, 컨택트 전극(13) 및 구동 전극(15)을 형성한다. 본 공정에서의 에칭 방법으로서는, 이온 밀링(예를 들면 Ar 이온에 의한 물리적 에칭)을 채용할 수 있다. 후술하는 금속 재료에 대한 에칭 방법으로서도 이온 밀링을 채용할 수 있다.
다음으로, 레지스트 패턴(25, 26)을 제거한 후, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 층(21)에 에칭 처리를 실시함으로써 슬릿(18)을 형성한다. 구체적으로는, 포토리소법에 의해 제1 층(21) 상에 소정의 레지스트 패턴을 형성한 후, 해당 레지스트 패턴을 마스크로서 이용하여, 제1 층(21)에 대해 이방성의 에칭 처리를 실시한다. 에칭 방법으로서는, 반응성 이온 에칭을 채용할 수 있다. 본 공정에서, 고정부(11) 및 가동부(12)가 패턴 형성되게 된다.
다음으로, 도 10의 (c)에 도시한 바와 같이, 슬릿(18)을 막도록, 재료 기판 S1'의 제1 층(21)측에 희생층(27)을 형성한다. 희생층 재료로서는 예를 들면 이산 화 실리콘을 채용할 수 있다. 또한, 희생층(27)을 형성하기 위한 방법으로서는, 예를 들면 플라즈마 CVD법이나 스퍼터링법을 채용할 수 있다.
다음으로, 도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, 희생층(27)에서 컨택트 전극(13)에 대응하는 개소에 오목부(27a, 27b)를 형성한다. 구체적으로는，포토리소법에 의해 희생층(27) 상에 소정의 레지스트 패턴을 형성한 후, 그 레지스트 패턴을 마스크로서 이용하여 희생층(27)에 대해 에칭 처리를 실시한다. 에칭 방법으로서는, 웨트 에칭을 채용할 수 있다. 웨트 에칭을 위한 에칭액으로서는, 예를 들면 버퍼드 불산(BHF)을 채용할 수 있다. 희생층(27)에 대한 후술하는 웨트 에칭에서도 BHF를 채용할 수 있다. 오목부(27a)는, 컨택트 전극(14A)의 돌기부(14a)를 형성하기 위한 것이며, 오목부(27a)의 깊이는 1∼4㎛이다. 오목부(27b)는, 컨택트 전극(14b)의 돌기부(14b)를 형성하기 위한 것이며, 오목부(27b)의 깊이는 0.8∼3.8㎛이다. 오목부(27a, 27b)의 깊이를 조절함으로써, 컨택트 전극(13)과 컨택트 전극(14A, 14B)의 돌기부(14A, 14B) 사이의 각 거리를 조절할 수 있다.
다음으로, 도 11의 (b)에 도시한 바와 같이 희생층(27)을 패터닝하여 개구부(27c, 27d, 27e)를 형성한다. 구체적으로는, 포토리소법에 의해 희생층(27) 상에 소정의 레지스트 패턴을 형성한 후, 그 레지스트 패턴을 마스크로서 이용하여 희생층(27)에 대해 에칭 처리를 실시한다. 에칭 방법으로서는, 웨트 에칭을 채용할 수 있다. 개구부(27c, 27d)는, 각각 고정부(11)에서 컨택트 전극(14A, 14B)이 접합하는 영역을 노출시키기 위한 것이다. 개구부(27e)는, 고정부(11)에서 구동 전극(16)이 접합하는 영역을 노출시키기 위한 것이다.
다음으로, 재료 기판 S1'에서 희생층(27)이 형성되어 있는 측의 표면에 통전용의 기초막(도시 생략)을 형성한 후, 도 11의 (c)에 도시한 바와 같이 레지스트 패턴(28)을 형성한다. 기초막은, 예를 들면 스퍼터링법에 의해 두께 50㎚의 Mo를 성막하고, 계속해서 그 위에 두께 500㎚의 Au를 성막함으로써 형성할 수 있다. 레지스트 패턴(28)은, 컨택트 전극(14A, 14B)에 대응하는 개구부(28a, 28b) 및 구동 전극(16)에 대응하는 개구부(28c)를 갖는다.
다음으로, 도 12의 (a)에 도시한 바와 같이, 컨택트 전극(14A, 14B) 및 구동 전극(16)을 형성한다. 구체적으로는, 개구부(27a∼27e, 28a∼28c)에서 노출되는 기초막 상에, 전기 도금법에 의해 예를 들면 Au를 성장시킨다.
다음으로, 도 12의 (b)에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴(28)을 에칭 제거한다. 이 후, 전기 도금용의 상술한 기초막에서 노출되어 있는 바를 에칭 제거한다. 이들 에칭 제거에서는, 각각 웨트 에칭을 채용할 수 있다.
다음으로, 도 12의 (c)에 도시한 바와 같이, 희생층(27) 및 중간층(23)의 일부를 제거한다. 구체적으로는, 희생층(27) 및 중간층(23)에 대해 웨트 에칭 처리를 실시한다. 본 에칭 처리에서는, 우선 희생층(27)이 제거되고, 그 후 슬릿(18)을 향하는 개소로부터 중간층(23)의 일부가 제거된다. 이 에칭 처리는, 가동부(12)의 전체와 제2 층(22) 사이에 적절하게 공극이 형성된 후에 정지한다. 이와 같이 하여, 중간층(23)에서 경계층(17)이 잔존 형성된다. 또한, 제2 층(22)은, 베이스 기판 S1을 구성하게 된다.
다음으로, 필요에 따라서, 컨택트 전극(14) 및 구동 전극(16)의 하면에 부착 되어 있는 기초막의 일부(예를 들면 Mo막)를 웨트 에칭에 의해 제거한 후, 초임계 건조법에 의해 소자 전체를 건조한다. 초임계 건조법에 의하면, 가동부(12)가 베이스 기판 S1 등에 부착되게 되는 스틱킹 현상을 적절하게 회피할 수 있다.
이상과 같이 하여, 마이크로 스위칭 소자 X1을 제조할 수 있다. 본 방법에서는, 컨택트 전극(13)에 대향하는 부위를 갖는 컨택트 전극(14A, 14B)에 대해, 도금법에 의해 희생층(27) 상에 두껍게 형성할 수 있다. 그 때문에, 한 쌍의 컨택트 전극(14A, 14B)에 대해서는, 원하는 저저항을 실현하기 위한 충분한 두께를 설정하는 것이 가능하다. 두꺼운 컨택트 전극(14A, 14B)은, 마이크로 스위칭 소자 X1의 삽입 손실을 저감할 때에 바람직하다.
마이크로 스위칭 소자 X1에서의 컨택트 전극(13, 14A, 14B)은, 도 3에 도시한 구조 대신에 도 13에 도시한 구조를 갖고 있어도 된다. 도 13에 도시한 구조에서는, 컨택트 전극(13)은 돌기부(13a, 13b)를 갖는다. 돌기부(13a)의 선단은 접촉부(13a')를 이루고, 돌기부(13b)의 선단은 접촉부(13b')를 이룬다. 돌기부(13a)의 돌출 길이는, 돌기부(13b)의 돌출 길이보다 크다. 예를 들면, 돌기부(13a)의 돌출 길이는 1∼4㎛이며, 돌기부(13b)의 돌출 길이는 0.8∼3.8㎛이다. 한편, 컨택트 전극(14)은, 돌기부를 갖지 않고, 접촉부(14a', 14b')를 갖는다. 접촉부(14a')는 컨택트 전극(13)의 돌기부(13a) 또는 접촉부(13a')와 접촉 가능한 개소이며, 접촉부(14b')는 돌기부(13b) 또는 접촉부(13b')와 접촉 가능한 개소이다. 본 소자의 비구동 시 또는 개방 상태에서, 돌기부(13a) 또는 접촉부(13a')와 컨택트 전극(14) 또는 접촉부(14a') 사이의 거리는, 돌기부(13b) 또는 접촉부(13b')와 컨택트 전 극(14) 또는 접촉부(14b') 사이의 거리보다, 작다. 비구동 시 또는 개방 상태에서, 접촉부(13a', 14a') 사이의 거리는, 예를 들면 0.1∼2㎛이며, 접촉부(13b', 14b') 사이의 거리는, 예를 들면 0.2∼3㎛이다.
이와 같은 구조를 갖는 마이크로 스위칭 소자 X1을 제작하는 경우, 예를 들면, 도 10의 (b)를 참조하여 상술한 공정 후에 컨택트 전극(13) 상에 돌기부(13a, 13b)를 형성하고, 그 후 그 돌기부(13a, 13b)를 덮도록 하고, 도 10의 (c)를 참조하여 상술한 바와 같이 희생층(27)을 형성한다. 또한, 도 11의 (a)를 참조하여 언급한 오목부(27a, 27b)를 형성하지 않는다.
마이크로 스위칭 소자 X1에서의 컨택트 전극(13, 14A, 14B)은, 도 3에 도시한 구조 대신에 도 14에 도시한 구조를 갖고 있어도 된다. 도 14에 도시한 구조에서는, 컨택트 전극(14)이 돌기부(14A, 14B)를 가짐과 함께, 컨택트 전극(13)은 돌기부(13a, 13b)를 갖는다. 돌기부(13a)의 선단은 접촉부(13a')를 이루고, 돌기부(13b)의 선단은 접촉부(13b')를 이룬다. 비구동 시 또는 개방 상태에서, 접촉부(13a', 14a') 사이의 거리는, 접촉부(13b', 14b') 사이의 거리보다도 작다. 비구동 시 또는 개방 상태에서의 접촉부(13a', 14a') 사이의 거리는 예를 들면 0.1∼2㎛이며, 접촉부(13b', 14b') 사이의 거리는 예를 들면 0.2∼3㎛이다.
이와 같은 구조를 갖는 마이크로 스위칭 소자 X1을 제작하는 경우, 예를 들면, 도 10의 (b)를 참조하여 상술한 공정 후에 컨택트 전극(13) 상에 돌기부(13a, 13b)를 형성하고, 그 후 그 돌기부(13a, 13b)를 덮도록 하여, 도 10의 (c)를 참조하여 상술한 바와 같이 희생층(27)을 형성한다.
마이크로 스위칭 소자 X1에서는, 도 3에 도시한 컨택트 전극(14A)의 돌기부(14a)의 돌출 길이 L3과 컨택트 전극(14B)의 돌기부(14b)의 돌출 길이 L4를, 동일하게 설정하여도 된다. 가동부(12)의 고정단(12c)과 컨택트 전극(13)의 접촉부(13a')를 통하는 가상선 F1에 대해, 컨택트 전극(13)의 접촉부(13b')와 동일한 측에 가동부(12)의 무게 중심이 위치하도록, 가동부(12)는 비대칭인 형상을 갖는다. 이와 같은 비대칭 형상을 갖는 가동부(12)는, 그 자중에 의해 변형되고, 그 위의 컨택트 전극(13)과 컨택트 전극(14B) 사이가 컨택트 전극(13, 14A) 사이에서도 넓어진 자세를 취하는 경우가 많다. 이 경우, 돌기부(14a)의 돌출 길이 L3과 돌기부(14b)의 돌출 길이 L4를 동일하게 설정하여도, 본 소자의 비구동 시 또는 개방 상태에서, 돌기부(14a) 또는 접촉부(14a')와 컨택트 전극(13) 또는 접촉부(13a') 사이의 거리를, 돌기부(14b) 또는 접촉부(14b')와 컨택트 전극(13) 또는 접촉부(13b') 사이의 거리보다, 작게 할 수 있다.
마이크로 스위칭 소자 X1에서는, 컨택트 전극(14A)의 돌기부(14a) 또는 접촉부(14a')와, 컨택트 전극(13)의 접촉부(13a')가, 도 15에 도시한 바와 같이 당접하고 있어도 된다.
이와 같은 구조를 형성하는 경우, 도 11의 (a)를 참조하여 상술한 공정에서, 오목부(27a)를 충분히 깊게 형성한다. 예를 들면, 오목부(27a)와 컨택트 전극(13) 사이에서의 희생층(27)의 두께가 5㎛로 되도록, 오목부(27a)를 형성한다. 이와 같이 오목부(27a)를 충분히 깊게 형성하고, 그리고 도 12의 (a)를 참조하여 상술한 공정에서 해당 오목부(27a) 내에 긴 돌기부(14a)를 형성하여 두면, 도 12의 (c)를 참조하여 상술한 공정에서 희생층(27)을 에칭 제거한 후, 컨택트 전극(14A)의 해당 돌기부(14a)와, 컨택트 전극(13)은, 도 15에 도시한 바와 같이 당접하는 것이다. 박막 형성 기술에 의해 형성된 컨택트 전극(13)에 생겨 있는 내부 응력의 작용에 의해, 해당 컨택트 전극(13)과 이것이 접합하는 가동부(12)는, 도 12의 (c)를 참조하여 상술한 공정 후, 컨택트 전극(14A, 14B)측으로 휘기 때문이다.
마이크로 스위칭 소자 X1에서는, 컨택트 전극(14A)의 돌기부(14a)와, 컨택트 전극(13)은, 도 16에 도시한 바와 같이 접합하고 있어도 된다.
이와 같은 구조를 형성하는 경우, 도 11의 (a)를 참조하여 상술한 공정에서, 희생층(27)을 관통하도록 오목부(27a)를 형성한다. 그리고, 도 12의 (a)를 참조하여 상술한 공정에서는, 컨택트 전극(13)에 접합한 돌기부(14a)를 해당 오목부(27a) 내에 형성한다.
도 15 및 도 16에 도시한 구성은, 마이크로 스위칭 소자 X1의 비구동 시 또는 개방 상태에서, 가동부(12) 상의 컨택트 전극(13)의, 양쪽 컨택트 전극(14A, 14B)에 대한 배향의 변동을 억제할 때에 바람직하다. 해당 변동 억제는 마이크로 스위칭 소자 X1의 구동 전압을 저감하는 데에 이바지한다.
도 17 및 도 18은, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자 X2를 도시한다. 도 17은, 마이크로 스위칭 소자 X2의 평면도이며, 도 18은, 도 17의 선XⅧ-XⅧ를 따른 단면도이다.
마이크로 스위칭 소자 X2는, 베이스 기판 S1과, 고정부(11)와, 가동부(12) 와, 컨택트부(13)와, 한 쌍의 컨택트 전극(14A, 14B)과, 압전 구동부(31)를 구비한다. 마이크로 스위칭 소자 X2는, 구동 전극(15, 16) 대신에 압전 구동부(31)를 갖는 점에서, 마이크로 스위칭 소자 X1과 상이하다.
압전 구동부(31)는, 구동 전극(31a, 31b)과, 이들 사이의 압전막(31c)으로 이루어진다. 구동 전극(31a, 31b)은, 각각 예를 들면 Ti 기초층 및 Au 주층으로 이루어지는 적층 구조를 갖는다. 구동 전극(31b)은, 소정의 배선(도시 생략)을 통하여 그라운드 접속되어 있다. 압전막(31c)은, 전계가 가해짐으로써 왜곡이 생기는 성질(역압전 효과)을 나타내는 압전 재료로 이루어진다. 그와 같은 압전 재료로서는, 예를 들면 PZT(PbZrO3과 PbTiO3의 고용체), Mn이 도프된 ZnO, ZnO, 또는 AlN을 채용할 수 있다. 구동 전극(31a, 31b)의 두께는 예를 들면 0.55㎛이며, 압전막(31c)의 두께는 예를 들면 1.5㎛이다.
본 발명에 따른 마이크로 스위칭 소자에서의 구동 기구로서는, 이와 같은 압전 구동부(31)를 이용할 수도 있다. 압전 구동부(31)가 가동함으로써, 본 소자에서의 스위칭 동작이 실현된다.
도 19 및 도 20은, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자 X3을 도시한다. 도 19는 마이크로 스위칭 소자 X3의 평면도이며, 도 20은, 도 19의 선XX-XX을 따른 단면도이다.
마이크로 스위칭 소자 X3은, 베이스 기판 S1과, 고정부(11)와, 가동부(12)와, 컨택트부(13)와, 한 쌍의 컨택트 전극(14A, 14B)과, 열구동부(32)를 구비한다. 마이크로 스위칭 소자 X3은, 구동 전극(15, 16) 대신에 열구동부(32)를 갖는 점에서, 마이크로 스위칭 소자 X1과 상이하다.
열구동부(32)는, 열팽창율이 서로 다른 열전극(32a, 32b)으로 이루어진다. 가동부(12)에 직접 접합하고 있는 열전극(32a)쪽이, 열전극(32b)보다도, 큰 열팽창율을 갖는다. 열전극(32a)은, 예를 들면 Au로 이루어진다. 열전극(32b)은, 예를 들면 Al로 이루어진다.
본 발명에 따른 마이크로 스위칭 소자에서의 구동 기구로서는, 이와 같은 열구동부(32)를 이용할 수도 있다. 열구동부(32)가 가동함으로써, 본 소자에서의 스위칭 동작이 실현된다.
이상의 정리로서, 본 발명의 구성 및 그 베리에이션을 이하에 부기로서 열거한다.
(부기 1)
고정부와,
제1 면 및 그 제1 면과는 반대의 제2 면을 갖고, 또한 상기 고정부에 고정된 고정단을 갖고 연장되는 가동부와,
상기 고정단으로부터 이격하여 상기 가동부의 상기 제1 면 상에 설치되고, 또한 해당 이격의 방향과는 교차하는 방향으로 이격하는 제1 접촉부 및 제2 접촉부를 갖는 가동 컨택트 전극과,
상기 가동 컨택트 전극의 상기 제1 접촉부에 대향하는 제3 접촉부를 갖고, 또한 상기 고정부에 접합하고 있는 제1 고정 컨택트 전극과,
상기 가동 컨택트 전극의 상기 제2 접촉부에 대향하는 제4 접촉부를 갖고, 또한 상기 고정부에 접합하고 있는 제2 고정 컨택트 전극과,
상기 가동부의 상기 제1 면 상에 구동력 발생 영역을 갖는 구동 기구를 구비하고,
상기 제1 접촉부 및 상기 제3 접촉부 사이의 거리는, 상기 제2 접촉부 및 상기 제4 접촉부 사이의 거리보다 작고,
상기 구동력 발생 영역의 무게 중심은, 상기 가동 컨택트 전극에서의 상기 제1 접촉부보다도 상기 제2 접촉부에 가까운 마이크로 스위칭 소자.
(부기 2)
상기 가동 컨택트 전극은 제1 돌기부 및 제2 돌기부를 갖고, 그 제1 돌기부는 상기 제1 접촉부를 포함하고, 상기 제2 돌기부는 상기 제2 접촉부를 포함하는 부기 1에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 3)
상기 제1 돌기부의 돌출 길이는, 상기 제2 돌기부의 돌출 길이보다 큰 부기 2에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 4)
상기 제1 돌기부의 돌출 길이와 상기 제2 돌기부의 돌출 길이는 동일한 부기 2에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 5)
상기 제1 고정 컨택트 전극은 제3 돌기부를 갖고, 그 제3 돌기부는 상기 제3 접촉부를 포함하고, 또한 상기 제2 고정 컨택트 전극은 제4 돌기부를 갖고, 상기 제4 돌기부는 상기 제4 접촉부를 포함하는 부기 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 6)
상기 제3 돌기부의 돌출 길이는, 상기 제4 돌기부의 돌출 길이보다 큰 부기 5에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 7)
상기 제3 돌기부의 돌출 길이와 상기 제4 돌기부의 돌출 길이는 동일한 부기 5에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 8)
상기 가동 컨택트 전극의 상기 제1 접촉부와 상기 제1 고정 컨택트 전극의 상기 제3 접촉부 사이의 거리는 0인 부기 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 9)
상기 제1 접촉부와 상기 제3 접촉부는 접합하고 있는 부기 8에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 10)
상기 가동부의 상기 고정단과 상기 가동 컨택트 전극의 상기 제1 접촉부 사이의 거리, 및 상기 고정단과 상기 제2 접촉부 사이의 거리는 서로 다른 부기 1 내지 9 중 어느 하나에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 11)
상기 가동부는 굴곡 구조를 갖는 부기 1 내지 10 중 어느 하나에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 12)
상기 고정단의 길이를 2등분하는 점과, 상기 제1 접촉부 및 상기 제2 접촉부 사이를 2등분하는 점을 통하는 가상선보다도, 상기 제2 접촉부의 측에, 상기 구동력 발생 영역의 상기 무게 중심은 위치하는 부기 1 내지 11 중 어느 하나에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 13)
고정부와, 제1 면 및 그 제1 면과는 반대의 제2 면을 갖고, 또한 상기 고정부에 고정된 고정단을 갖고 연장되는 가동부와,
상기 고정단으로부터 이격하여 상기 가동부의 상기 제1 면 상에 설치되고, 또한 해당 이격의 방향과는 교차하는 방향으로 이격하는 접촉부 및 접합부를 갖는 가동 컨택트 전극과,
상기 가동 컨택트 전극의 상기 접합부와 접합하는 부위를 갖고, 또한 상기 고정부에 접합하고 있는 제1 고정 컨택트 전극과,
상기 가동 컨택트 전극의 상기 접촉부에 대향하는 부위를 갖고, 또한 상기 고정부에 접합하고 있는 제2 고정 컨택트 전극과,
상기 가동부의 상기 제1 면 상에 구동력 발생 영역을 갖는 구동 기구를 구비하고,
상기 구동력 발생 영역의 무게 중심은, 상기 가동 컨택트 전극에서의 상기 접합부보다도 상기 접촉부에 가까운 마이크로 스위칭 소자.
(부기 14)
상기 고정단의 길이를 2등분하는 점과, 상기 접촉부 및 상기 접합부 사이를 2등분하는 점을 통하는 가상선보다도, 상기 접촉부 근처에, 상기 구동력 발생 영역의 상기 무게 중심은 위치하는 부기 13에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 15)
상기 구동 기구는, 상기 가동부의 상기 제1 면 상에 설치된 가동 구동 전극과, 상기 가동 구동 전극에 대향하는 부위를 갖고 또한 상기 고정부에 접합하고 있는 고정 구동 전극을 포함하는 부기 1 내지 14 중 어느 하나에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 16)
상기 구동 기구는, 상기 가동부의 상기 제1 면 상에 형성된 제1 전극막과, 제2 전극막과, 그 제1 및 제2 전극막 사이에 개재하는 압전막으로 이루어지는 적층 구조를 포함하는 부기 1 내지 14 중 어느 하나에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 17)
상기 구동 기구는, 열팽창율이 서로 다른 복수의 재료막으로 이루어지는 적층 구조를 포함하는 부기 1 내지 14 중 어느 하나에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자의 평면도.
도 2는 도 1에 도시한 마이크로 스위칭 소자의 일부 생략 평면도.
도 3은 도 1의 선Ⅲ-Ⅲ을 따른 단면도.
도 4는 도 1의 선Ⅳ-Ⅳ를 따른 단면도.
도 5는 도 1의 선V-V를 따른 단면도.
도 6은 도 1에 도시한 마이크로 스위칭 소자에서의 스위칭 동작을 도시하는 도면.
도 7은 도 1에 도시한 마이크로 스위칭 소자의 일 변형예를 도시하는 도면으로, (a)는 소자의 평면도, (b)는 (a)의 선Ⅶ-Ⅶ을 따른 단면도.
도 8은 도 1에 도시한 마이크로 스위칭 소자의 다른 변형예를 도시하는 도면으로, (a)는 소자의 평면도, (b)는 (a)의 선Ⅷ-Ⅷ을 따른 단면도.
도 9는 도 1에 도시한 마이크로 스위칭 소자의 제조 방법에서의 일부의 공정을 도시하는 도면.
도 10은 도 9에 후속하는 공정을 도시하는 도면.
도 11은 도 10에 후속하는 공정을 도시하는 도면.
도 12는 도 11에 후속하는 공정을 도시하는 도면.
도 13은 도 1에 도시한 마이크로 스위칭 소자의 일 변형예의 부분 확대 단면도.
도 14는 도 1에 도시한 마이크로 스위칭 소자의 다른 변형예의 부분 확대 단 면도.
도 15는 도 1에 도시한 마이크로 스위칭 소자의 다른 변형예의 부분 확대 단면도.
도 16은 도 1에 도시한 마이크로 스위칭 소자의 다른 변형예의 부분 확대 단면도.
도 17은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자의 평면도.
도 18은 도 17의 선XⅧ-XⅧ을 따른 단면도.
도 19는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자의 평면도.
도 20은 도 19의 선XX-XX을 따른 단면도.
도 21은 종래의 마이크로 스위칭 소자의 평면도.
도 22는 도 21에 도시한 마이크로 스위칭 소자의 일부 생략 평면도.
도 23은 도 21의 선XXⅢ-XXⅢ을 따른 단면도.
도 24는 도 21의 선XXⅣ-XXⅣ을 따른 단면도.
도 25는 도 21의 선XXV-XXV를 따른 단면도.
도 26은 변형 양태가 과장된 가동부 및 그 위의 컨택트 전극의 단면을 도시하는 도면.
도 27은 도 21에 도시한 마이크로 스위칭 소자에서의 스위칭 동작을 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
X1, X2, X3, X4 : 마이크로 스위칭 소자
S1, S4 : 베이스 기판
11, 41 : 고정부
12, 42 : 가동부
13, 14A, 14B, 43, 44A, 44B : 컨택트 전극
13a, 13b, 14a, 14b : 돌기부
13a', 13b', 14a', 14b' : 접촉부
15, 16, 45, 46 : 구동 전극
17 : 경계층
18 : 슬릿
31 : 압전 구동부
32 : 열구동부

Claims (10)

  1. 고정부와,
    제1 면 및 그 제1 면과는 반대의 제2 면을 갖고, 또한 상기 고정부에 고정된 고정단을 갖고 연장되는 가동부와,
    상기 고정단으로부터 이격하여 상기 가동부의 상기 제1 면 상에 설치되고, 또한 해당 이격의 방향과는 교차하는 방향으로 이격하는 제1 접촉부 및 제2 접촉부를 갖는 가동 컨택트 전극과,
    상기 가동 컨택트 전극의 상기 제1 접촉부에 대향하는 제3 접촉부를 갖고, 또한 상기 고정부에 접합하고 있는, 제1 고정 컨택트 전극과,
    상기 가동 컨택트 전극의 상기 제2 접촉부에 대향하는 제4 접촉부를 갖고, 또한 상기 고정부에 접합하고 있는, 제2 고정 컨택트 전극과,
    상기 가동부의 상기 제1 면 상에 구동력 발생 영역을 갖는 구동 기구
    를 구비하고,
    상기 제1 접촉부 및 상기 제3 접촉부 사이의 거리는, 상기 제2 접촉부 및 상기 제4 접촉부 사이의 거리보다 작고,
    상기 구동력 발생 영역의 무게 중심은, 상기 가동 컨택트 전극에서의 상기 제1 접촉부보다도 상기 제2 접촉부에 가까운 마이크로 스위칭 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가동 컨택트 전극은 제1 돌기부를 갖고, 그 제1 돌기부는 상기 제1 접촉부를 포함하고, 또한 상기 가동 컨택트 전극은 제2 돌기부를 갖고, 그 제2 돌기부는 상기 제2 접촉부를 포함하는 마이크로 스위칭 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 돌기부의 돌출 길이는, 상기 제2 돌기부의 돌출 길이보다 큰 마이크로 스위칭 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 고정 컨택트 전극은 제3 돌기부를 갖고, 그 제3 돌기부는 상기 제3 접촉부를 포함하고, 또한 상기 제2 고정 컨택트 전극은 제4 돌기부를 갖고, 그 제4 돌기부는 상기 제4 접촉부를 포함하는 마이크로 스위칭 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3 돌기부의 돌출 길이는, 상기 제4 돌기부의 돌출 길이보다 큰 마이크로 스위칭 소자.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 컨택트 전극의 상기 제1 접촉부와 상기 제1 고정 컨택트 전극의 상기 제3 접촉부 사이의 거리는 0인 마이크로 스위칭 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 접촉부와 상기 제3 접촉부는 접합하고 있는 마이크로 스위칭 소자.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동부의 상기 고정단과 상기 가동 컨택트 전극의 상기 제1 접촉부 사이의 거리, 및 상기 고정단과 상기 제2 접촉부 사이의 거리는 서로 다른 마이크로 스위칭 소자.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정단의 길이를 2등분하는 점과, 상기 제1 접촉부 및 상기 제2 접촉부 사이를 2등분하는 점을 통하는 가상선보다도, 상기 제2 접촉부의 측에, 상기 구동력 발생 영역의 상기 무게 중심이 위치하는 마이크로 스위칭 소자.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 기구는, 상기 가동부의 상기 제1 면 상에 설치된 가동 구동 전극과, 상기 가동 구동 전극에 대향하는 부위를 갖고 또한 상기 고정부에 접합하고 있는 고정 구동 전극을 포함하는 마이크로 스위칭 소자.
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