KR20070057247A - 고주파 회로 장치 - Google Patents

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KR20070057247A
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마사즈미 야스오카
히로카즈 산페이
요시아키 모로
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주식회사 아도반테스토
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Abstract

고주파 신호의 신호로를 전환하는 마이크로 스위치를 제공한다. 회로 기판과, 회로 기판에 있어서 서로 이격하여 배치되고, 각각 회로 기판의 표면과 이면을 전기적으로 접속하는 한 쌍의 제1의 피드 스루 배선과, 회로 기판의 표면에 있어서 한 쌍의 제1의 피드 스루 배선을 잇는 직선상에, 간극을 갖고 서로 마주보도록 배치되고, 한 쌍의 제1의 피드 스루 배선의 각각에 전기적으로 접속되는 한 쌍의 신호선과, 회로 기판의 표면에 대하여 접촉할 것인지 이격할 것인지를 전환할 수 있도록 구성되고, 표면에 접촉한 경우에, 한 쌍의 신호선을 전기적으로 접속하는 가동부를 포함하는 마이크로 스위치가 제공된다.
고주파 회로 장치, 마이크로 스위치, 피드 스루 배선, 바이모르프부, 산화 실리콘.

Description

고주파 회로 장치{HIGH FREQUENCY CIRCUIT DEVICE}
본 발명은, 고주파 회로 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은, GHz 이상의 고주파의 신호를 취급하는 고주파 회로 장치에 관한 것이다.
일본특허출원 2004-275088 출원일 2004년 9월 22일
종래, GHz 이상의 고주파의 신호를 취급하는 고주파 회로 장치의 일례로서, MEMS 기술로 제작되는 스위칭 디바이스가 여러 종류 제안되고 있다. 예를 들면, 정전인력(靜電引力)에 의해 가동(可動) 접점을 구동하여 RF 신호의 스위칭을 행하는 유접점(有接点) 릴레이가 제안되고 있다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조).
비특허문헌 1 : MWE2003 Microwave Workshop Digest pp.375-378
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나, 종래의 유접점 릴레이는, 반도체 시험 장치 등에 요구되는 고속 신호의 스위칭에 대응하지 못하는 과제가 있었다. 또한, MEMS 기술로 제작되는 스위칭 디바이스의 경우 유리 기판이 통상 사용되지만, 기판을 관통하는 피드 스루(feed-through) 배선을 설치하기 위해 유리 기판에 드릴로 구멍을 뚫는 경우에, 구멍의 지름이 약 300μm가 되므로, 고주파 신호선과 피드 스루 배선의 지름도 동일한 정도가 된다. 여기서, 피드 스루 배선과 신호로(信號路)와의 결합 부분에 있어서, 전자파의 방사가 일어난다. 따라서, 특히 공면(coplanar)형 배선의 경우, 피드 스루 배선과 그라운드와의 간격이 가까우면, 그라운드가 상기 결합부로부터의 전자파를 흡수함으로 인해, 신호의 파워가 저하된다고 하는 문제가 있었다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1의 형태에 있어서는, 고주파 회로 장치에 있어서, 회로 기판의 표면과 이면을 전기적으로 접속하는 한 쌍의 제1의 피드 스루 배선과, 회로 기판의 표면에, 서로 간극을 갖고 배치된 한 쌍의 제1의 신호선과, 간극에 대향하여 배치된 제1의 가동부와, 한 쌍의 제1의 신호선을 사이에 두어 회로 기판의 표면에 배치된 제1의 그라운드 패턴 및 제2의 그라운드 패턴을 포함한다. 제1의 가동부는, 한 쌍의 제1의 신호선에 접촉할 것인지 이격(離隔)할 것인지를 전환할 수 있도록 구성된다. 한 쌍의 제1의 신호선은, 한 쌍의 제1의 피드 스루 배선의 각각과 전기적으로 접속된다. 제1의 그라운드 패턴 및 제2의 그라운드 패턴은, 한 쌍의 제1의 신호선에 대하여 간극을 가지면서 근방까지 연장되어, 한 쌍의 제1의 신호선에 대한 공면(coplanar) 배선을 형성한다. 제1의 그라운드 패턴 및 제2의 그라운드 패턴의 각각은, 제1의 피드 스루 배선의 근방에 있어서, 제1의 피드 스루 배선으로부터 이격하는 형상을 갖는다. 여기서, 제1 및 제2의 그라운드의 각각은 제1 피드 스루로부터, 제1의 피드 스루와 제1의 신호로와의 사이에서 발생되는 전자파와 간섭하지 않는 정도로 떨어져 있는 것이 바람직하다.
상기 고주파 회로 장치에 있어서, 제1의 신호선의 폭보다 제1의 피드 스루 배선의 지름이 커도 좋다. 이 경우, 피드 스루와 그라운드의 거리는, 임피던스가 50Ω 정도가 되도록 떨어뜨리는 것이 바람직하다.
상기 고주파 회로 장치는, 회로 기판의 표면과 이면을 전기적으로 접속하는 제2의 피드 스루 배선과, 회로 기판의 표면에 있어서, 제1의 신호선의 일방에 대해 간극을 갖고 배치된 제2의 신호선과, 간극에 대향하여 배치된 제2의 가동부를 더 포함해도 좋다. 제2의 신호선은, 제2의 피드 스루 배선과 전기적으로 접속된다. 제2의 가동부는, 제1의 신호선의 일방 및 제2의 신호선에 접촉할 것인지 이격할 것인지를 제1의 가동부에 독립하여 전환할 수 있도록 구성된다. 제1의 그라운드 패턴 및 제2의 그라운드 패턴은, 제2의 신호선에 대하여 간극을 가지면서 근방까지 연장되어, 제2의 신호선에 대하여 공면(coplanar) 노선을 형성한다. 제1의 그라운드 패턴 및 제2의 그라운드 패턴의 각각은, 제2의 피드 스루 배선의 근방에 있어서, 제2의 피드 스루 배선으로부터 이격하는 형상을 갖는다.
상기 고주파 회로 장치에 있어서, 제2의 신호선의 폭보다 제2의 피드 스루 배선의 지름이 커도 좋다.
상기 고주파 회로 장치에 있어서, 제1의 가동부를 회로 기판의 표면에 대하여 접촉시킴으로써, 한 쌍의 제1의 피드 스루 배선의 일방에 입력되는 전기 신호를 한 쌍의 제1의 피드 스루 배선의 타방에 출력하고, 제2의 가동부를 회로 기판의 표면에 대하여 접촉시킴으로써, 한 쌍의 제1의 피드 스루 배선의 일방에 입력되는 전기 신호를 제2의 피드 스루 배선의 타방에 출력해도 좋다.
상기 고주파 회로 장치에 있어서, 제1 및 제2의 가동부의 각각은, 바이모르프부와, 가동 접점과, 히터를 포함해도 좋다. 바이모르프부는, 회로 기판에 대하여 고정된 고정단과, 회로 기판과 이격하여 고정단으로부터 연장되고, 가열됨으로써 만곡(灣曲)되어 회로 기판의 표면에 대해 접촉할 것인지 이격할 것인지를 전환하는 자유단을 포함한다. 히터는, 바이모르프부의 자유단의 선단(先端) 근방에 배치되고, 바이모르프부의 자유단이 회로 기판의 표면에 접촉한 경우에 한 쌍의 제1 또는 제2의 신호선을 전기적으로 접속하는 가동 접점과, 바이모르프부를 가열한다.
상기 고주파 회로 장치는, 한 쌍의 제3의 피드 스루 배선과, 제4의 피드 스루 배선을 더 포함해도 좋다. 한 쌍의 제3의 피드 스루 배선은, 회로 기판에 있어서 서로 이격하여 배치되고, 각각 회로 기판의 표면과 이면을 전기적으로 접속함과 동시에, 회로 기판의 표면에 있어서 제1의 가동부가 포함하는 히터에 전력을 공급한다. 제4의 피드 스루 배선은, 회로 기판에 있어서 제3의 피드 스루 배선으로부터 이격하여 배치되고, 회로 기판의 표면과 이면을 전기적으로 접속함과 동시에, 제3의 피드 스루 배선과의 사이에서 회로 기판의 표면에 있어서 제2의 가동부가 포함하는 히터에 전력을 공급한다. 또한, 전체가 하나의 패키지 내에 밀봉되어도 좋다.
또한, 상기의 발명의 개요는, 본 발명에 필요한 특징의 전부를 열거한 것은 아니며, 이러한 특징군의 서브 콤비네이션도 또한, 발명이 될 수 있다.
도 1은, 본 실시 형태에 관한 마이크로 스위치 500의 상면도이다.
도 2는, 마이크로 스위치 500을 외부 기판 600에 장착한 상태를 도시하는 단 면도이다.
[부호의 설명]
102 가동 접점, 104 고정 접점, 106 산화 실리콘층, 108 바이모르프부, 110 지지부, 120 가동부, 126 기판, 128 히터, 129 히터 전극, 130 금속층, 132 고정 접점 기판, 150 변형 방지층, 500 마이크로 스위치, 502 기준 전위 피드 스루, 502a 기준전위 피드 스루, 502b 기준전위 피드 스루, 502c 기준전위 피드 스루, 502d 기준전위 피드 스루, 502e 기준전위 피드 스루, 502f 기준전위 피드 스루, 504 히터용 피드 스루, 504a 히터용 피드 스루, 504b 히터용 피드 스루, 504c 히터용 피드 스루, 506 신호용 피드 스루, 506a 신호용 피드 스루, 506b 신호용 피드 스루, 506c 신호용 피드 스루, 508 그라운드, 508a 그라운드, 508c 그라운드, 520 신호선, 520a 제1의 신호선, 520b 제1의 신호선, 520c 제2의 신호선, 550 회로 기판, 560 솔더 볼(solder ball), 600 외부 기판
이하, 발명의 실시의 형태를 통하여 본 발명을 설명하지만, 이하의 실시 형태는 청구의 범위의 발명을 한정하는 것은 아니며, 또한 실시 형태 중에 설명되는 특징의 조합의 전체가 발명의 해결 수단에 필수적이라고는 할 수 없다.
[실시예 1]
도 1은, 본 실시 형태의 고주파 회로 장치의 일례인 마이크로 스위치 500의 상면도이다. 또한, 도 2는, 마이크로 스위치 500을 외부 기판 600에 장착한 상태 를 도시하는 단면도이다. 도 2의 단면 위치는, 도 1의 A-A로 나타낸 위치이다. 마이크로 스위치 500은, 1 입력 2 출력의 SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치의 일례이다. 마이크로 스위치 500은, 회로 기판 550, 한 쌍의 가동부 120, 및 지지부 110을 포함한다. 가동부 120은, 예를 들면 캔틸레버(Cantilever)상, 즉 외팔보 형상의 스위치이다. 지지부 110은, 회로 기판 550에 고정되고, 가동부 120의 일단을 지지한다. 회로 기판 550은, 예를 들면 유리 기판이다. 회로 기판 550은, 실리콘 기판이어도 좋다. 본 실시 형태의 마이크로 스위치 500은, 고주파 신호의 신호 경로를 고속, 높은 정확도로 전환하는 것을 특징으로 한다. 회로 기판 550의 크기의 일례는, 평면 사이즈가 예를 들면 4mm×5mm이며, 두께가 약 0.3mm이다.
가동부 120은, 회로 기판 550의 표면에 대해 접촉 또는 이격할 수 있다. 예를 들면, 가동부 120은 액츄에이터(actuator)로서 바이모르프부 108 및 히터 128을 포함한다. 바이모르프부 108은, 지지부 110에 지지된 고정단과, 회로 기판 550과 이격하여 고정단으로부터 연장된 자유단을 포함한다. 바이모르프부 108은, 고정단으로부터 자유단으로 향함에 따라 위쪽으로 휘어져 있다. 바이모르프부 108의 자유단은, 가열됨으로써 회로 기판 550의 방향으로 만곡되어 회로 기판 550의 표면에 대해 접촉할 것인지 이격할 것인지를 전환한다. 바이모르프부 108은, 산화 실리콘층 106과, 산화 실리콘층 106상에 형성되고, 산화 실리콘층 106의 열팽창률보다 높은 열팽창률을 갖는 금속층 130을 포함한다. 금속층 130은, 예를 들면 구리 또는 알루미늄 등의 금속으로 이루어진다.
히터 128은, 금속층 130 및 산화 실리콘층 106을 효율적으로 가열하는 패턴 으로 형성되어 있는 도전체이다. 예를 들면, 히터 128은, 금속층 130과 산화 실리콘층 106의 사이에 실질적으로 평행하게 설치된다. 이 경우, 히터 128의 주위를 산화 실리콘 등의 절연체로 덮음으로써 히터 128과 금속층 130을 절연한다. 가동부 120은 또한, 가동 접점 102를 포함한다. 가동 접점 102는, 바이모르프부 108의 선단에 있어서 하면(下面), 즉 회로 기판 550에 대향하는 면에 설치되어 있다. 한편, 회로 기판 550은, 가동 접점 102와 대향하는 위치에 고정 접점 104를 포함한다. 상온에서, 바이모르프부 108은, 가동 접점 102를 고정 접점 104로부터 일정한 거리로 이격시켜 지지한다. 본 실시예의 바이모르프부 108의 길이는 약 600μm, 가동 접점 102의 중앙 부분의 고정 접점 104까지의 높이는 약 50μm이다.
히터 전극 129는, 히터 128과 전기적으로 접속된 금속 전극이다. 히터 전극 129를 거쳐 히터 128에 전력을 공급하면, 금속층 130 및 산화 실리콘층 106이 거의 동시에 가열된다. 이로써, 금속층 130은 산화 실리콘층 106보다 크게 늘어나고, 바이모르프부 108의 휘어짐 양을 감소시키는 방향으로 변형시킨다. 그 결과, 바이모르프부 108은, 가동 접점 102를 고정 접점 104에 접촉시킨다. 이로써, 가동 접점 102와 고정 접점 104는 전기적으로 접속된다. 가동 접점 102 및 고정 접점 104는, 예를 들면 백금 등의 금속으로 형성된다.
지지부 110은, 회로 기판 550의 표면에 형성된 산화 실리콘층이다. 본 실시예에 있어서, 지지부 110은, 바이모르프부 108의 일단만을 지지한다. 다른 실시예에 있어서, 지지부 110은, 바이모르프부 108의 양단을 지지해도 좋다. 또한, 가동부 120은, 액츄에이터로서 압전 소자를 포함해도 좋고, 정전력에 의해 가동부 120 을 구동하는 정전 전극을 포함해도 좋다.
회로 기판 550은, 두 개의 가동부 120a, 120b와, 세 개의 신호용 피드 스루 506a, 506b, 506c를 포함한다. 신호용 피드 스루 506a, 506b, 506c는, 서로 이격하여 배치되고, 각각 회로 기판 550의 표면과 이면을 전기적으로 접속한다. 여기서, 신호용 피드 스루 506a, 506b는, 본 발명의 제1의 피드 스루 배선의 일례이고, 신호용 피드 스루 506c는, 본 발명의 제2의 피드 스루 배선의 일례이다.
회로 기판 550의 표면에 있어서, 한 쌍의 신호용 피드 스루 506a, 506b를 잇는 직선상에는, 한 쌍의 제1의 신호선 520a, 520b가 형성된다. 한 쌍의 신호선 520a, 520b는, 한 쌍의 신호용 피드 스루 506a, 506b의 각각에 전기적으로 접속된다. 한 쌍의 신호선 520a, 520b는, 간극을 갖고 서로 마주보도록 배치된다. 한 쌍의 제1의 신호선 520a, 520b의 서로 마주보는 선단에는 각각 고정 접점 104가 배치되어 있다. 가동부 120a가, 한 쌍의 제1의 신호선 520a, 520b의 고정 접점 104에 접촉하면, 신호용 피드 스루 506a와 신호용 피드 스루 506b는, 제1의 신호선 520a, 520b 및 고정 접점 104를 거쳐 전기적으로 접속된다.
유사하게, 회로 기판 550의 표면에 있어서, 한 쌍의 신호용 피드 스루 506a, 506c를 잇는 직선상에는, 상기 제1의 신호선 520a와 제2의 신호선 520c가 쌍을 이루어 형성된다. 제2의 신호선 520c는, 신호용 피드 스루 506c에 전기적으로 접속된다. 제1의 신호선 520a과 제2의 신호선 520c는, 간극을 갖고 서로 마주보도록 배치된다. 제1의 신호선 520a와 제2의 신호선 520c의 서로 마주보는 선단에는 각각 고정 접점 104가 배치되어 있다. 가동부 120b가, 제1의 신호선 520a 및 제2의 신호선 520c의 고정 접점 104에 접촉하면, 신호용 피드 스루 506a와 신호용 피드 스루 506c는, 제1의 신호선 520a, 제2의 신호선 520c 및 고정 접점 104를 거쳐 전기적으로 접속된다. 또한, 신호용 피드 스루 506은, 도 2에 도시된 바와 같이, 외부 기판 600과 솔더 볼 560으로 접속된다.
한 쌍의 히터용 피드 스루 504b의 각각에 전력을 공급할 것인지 하지 않을 것인지를 독립하여 전환함으로써, 가동부 120의 각각을 회로 기판 550의 표면에 대해 접촉시킬 것인지 이격시킬 것인지를 개별적으로, 또한 고속으로 전환할 수 있다. 이로써, 신호용 피드 스루 506a에 입력되는 고주파 신호를 신호용 피드 스루 506b의 각각에 출력할 것인지 하지 않을 것인지를 개별적으로 그리고 고속으로 전환할 수 있다.
또한, 상기의 구성에 의하면, 마이크로 스위치 500은, 회로 기판 550의 이면으로부터의 배선 길이가 짧다. 또한, 마이크로 스위치 500의 가동부 120은, 회로 기판 550상에 접촉 또는 이격하도록 배치되므로, 회로 기판 550의 표면상의 선로 길이를 단축할 수 있다. 또한, 마이크로 스위치로서 바이모르프부 108을 이용함으로써, 스위치 전체를 작게 만들 수 있고, 이로써, 회로 기판 550상의 선로 길이를 보다 단축할 수 있다. 배선 길이가 짧음으로써, 스위치 전체의 인덕턴스가 작아져서, 고주파 신호가 입력되어도 신호가 감쇠하지 않는다는 효과를 나타낸다. 또한, 외부 기판 600에 대하여 솔더 볼 560에 의해 표면에 장착될 수 있으므로, 장착 효율을 높일 수 있다.
가동부 120은 액츄에이터로서 바이모르프부 108과 히터 128을 포함하므로, 히터 128로의 전력 공급을 전환함으로써, 가동부 120을 고속으로 동작시킬 수 있다. 이로써, 마이크로 스위치 500의 응답 속도를 높일 수 있다. 가동부 120의 구동 수단으로서 바이모르프부 108을 포함하므로, 정전인력을 구동수단으로 이용하는 경우보다 가동부 120의 면적을 작게 만들 수 있다는 효과를 갖는다. 또한, 회로 기판 550은, 가동부 120a에 대해 한 쌍의 히터용 피드 스루 504a, 504b를 포함하고, 가동부 120b에 대해 한 쌍의 히터용 피드 스루 504a, 504c를 포함한다. 히터용 피드 스루 504a, 504b, 504c는, 회로 기판 550의 표면에 있어서 히터 전극 129를 거쳐 히터 128에 전력을 공급한다. 세 개의 히터용 피드 스루 504a, 504b, 504c는, 회로 기판 550에 있어서 서로 이격하여 배치되고, 각각 회로 기판 550의 표면과 이면을 전기적으로 접속한다. 히터용 피드 스루 504a, 504b는, 본 발명의 제2의 피드 스루 배선의 일례이다. 회로 기판 550은, 히터용 피드 스루 504a, 504b, 504c를 포함함으로써, 히터 128에 대해 짧은 배선으로 전력을 공급할 수 있다. 따라서, 전력 공급시에 히터 128의 온도를 빠르게 상승시키고, 가동부 120을 빠르게 동작하게 할 수 있다. 이로써, 마이크로 스위치 500의 응답 속도를 높일 수 있다.
또한, 회로 기판 550은, 제1의 신호선 520a를 중심으로 한 편에, 세 개의 기준 전위 피드 스루 502a, 502b, 502c를 포함한다. 이들 3개의 기준 전위 피드 스루 502a, 502b, 502c는 서로 이격하여 배치되고, 각각 회로 기판 550의 표면과 이면을 전기적으로 접속한다. 기준 전위 피드 스루 502a, 502b, 502c는, 마이크로 스위치 500의 기준 전위를 이룬다. 기준 전위 피드 스루 502a, 502b는, 본 발명에 있어서 제1의 기준 전위 피드 스루 배선의 일례이다. 회로 기판 550은 또한, 회로기판 550의 표면에 있어서, 신호선 520에 대해 간극을 가지면서 제1의 신호선 520a, 520b 및 제2의 신호선 520c의 근방까지 연장된 그라운드 508a를 포함한다. 그라운드 508a는, 기준 전위 피드 스루 502a, 502b, 502c의 각각에 전기적으로 접속되어 있다. 그라운드 508a는, 본 발명의 제1의 그라운드 패턴의 일례이다.
또한, 회로 기판 550은, 제1의 신호선 520a를 중심으로 한 다른 편에, 세 개의 기준 전위 피드 스루 502d, 502e, 502f를 포함한다. 이들 세 개의 기준 전위 피드 스루 502d, 502e, 502f는 서로 이격하여 배치되고, 각각 회로 기판 550의 표면과 이면을 전기적으로 접속한다. 기준 전위 피드 스루 502d, 502e, 502f는, 마이크로 스위치 500의 기준 전위를 이룬다. 기준 전위 피드 스루 502d, 502e는, 본 발명에 있어서 제2의 기준전위 피드 스루 배선의 일례이다. 회로 기판 550은 또한, 회로 기판 550의 표면에 있어서, 제1의 신호선 520a를 중심으로 그라운드 508a와 반대 측에 있어서, 제1의 신호선 520a 및 제2의 신호선 520c에 대하여 간극을 가지면서 제1의 신호선 520a 및 제2의 신호선 520c의 근방까지 연장된 그라운드 508c를 포함한다. 그라운드 508c는, 기준 전위 피드 스루 502d, 502e, 502f의 각각에 전기적으로 접속되어 있다. 그라운드 508c는, 본 발명의 제2의 그라운드 패턴의 일례이다.
또한, 기준 전위 피드 스루 502, 히터용 피드 스루 504, 및 신호용 피드 스루 506은 모두, 지름 0.35mm 정도의 크기이다. 또한, 제1의 신호선 520a, 520b 및 제2의 신호선 520c의 길이는 각각 600μm 정도이고, 폭은 각각 200μm 정도이다. 또한, 제1의 신호선 520a, 520b 및 제2의 신호선 520c의 고정 접점 104의 사이의 간극은 50μm정도이다. 또한, 제1의 신호선 520a, 520b 및 제2의 신호선 520c와 그라운드 508a, 508c와의 간격은, 신호선의 폭 및 회로 기판의 유전율 등으로부터, 약 30μm으로 설정된다.
또한, 그라운드 508a는, 신호용 피드 스루 506a의 근방에 있어서, 이 신호용 피드 스루 506a로부터 이격하는 경사면 511을 포함한다. 유사하게, 그라운드 508a는, 신호용 피드 스루 506b의 근방에 있어서, 이 신호용 피드 스루 506b로부터 이격하는 경사면 510, 및, 신호용 피드 스루 506c의 근방에 있어서, 이 신호용 피드 스루 506c로부터 이격하는 경사면 512를 포함한다. 유사하게, 그라운드 508c는, 신호용 피드 스루 506a, 506b, 506c의 근방에 있어서, 이들 신호용 피드 스루 506a, 506b, 506c로부터 각각 이격하는 경사면 513, 514, 515를 포함한다. 이 경우에, 이들 경사면 510, 511, 512, 513, 514, 515에 의해, 그라운드 508a, 508c가 큰 지름의 신호용 피드 스루 506a, 506b, 506c와 제1 및 제2의 신호선 520a, 520b, 520c와의 결합부로부터 방사되는 전자파에 간섭하지 않는 정도로 떨어져 있는 것이 바람직하다. 특히, 제1 및 제2의 신호선 520a, 520b, 520c에 흐르는 신호가 보다 고주파인 만큼, 그라운드 508a, 508c는 신호용 피드 스루 506a, 506b, 506c로부터 멀리 떨어져 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 수십 GHz의 신호를 취급하는 본 실시 형태에 있어서, 그라운드 508a, 508c는 신호용 피드 스루 506a, 506b, 506c로부터 100μm 정도 떨어져 있는 것이 바람직하고, 이로써, 임피던스가 50Ω정도 되는 것이 바람직하다.
이상의 구성에 의해, 마이크로 스위치 500은, 제1의 신호선 520a, 520b 및 제2의 신호선 520c의 근방에 그라운드 508a, 508c를 포함하는 공면 선로를 형성하고 있다. 이로써, 마이크로 스위치 500의 인덕턴스를 작게 만들 수 있다. 또한, 경사면 510, 511, 512, 513, 514, 515에 의해, 그라운드 508a, 508b가 제1의 신호선 520a, 520b 및 제2의 신호선 520c의 폭보다 큰 지름의 신호용 피드 스루 506a, 506b, 506c에 접촉하여 단락되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이들 경사면 510, 511, 512, 513, 514, 515에 의해, 그라운드 508a, 508c가 신호용 피드 스루 506a, 506b, 506c와 제1 및 제2의 신호선 520a, 520b, 520c와의 결합부로부터 방사되는 전자파를 흡수하여 신호의 파워가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 금속층 130은, 티탄 구리 및 베릴륨 구리 등의 석출경화형(析出硬化型)의 합금이어도 좋다. 티탄 구리 및 베릴륨 구리 등의 석출경화형의 구리 합금은, 응력 완화 특성이 우수하므로, 바이모르프부 108을 동작시킬 때의 일그러짐이 작다. 따라서 바이모르프부 108의 형상이 시간의 경과에 따라 변화하기 어렵다는 효과를 갖는다.
바이모르프부 108은, 산화 실리콘층 106의 표면을 덮고, 수분 및 산소의 투과율이 산화 실리콘층 106보다 작은 변형 방지층 150을 더 포함한다. 변형 방지층 150은, 예를 들면 질화 실리콘의 막이다. 질화 실리콘은, 산화 실리콘보다 치밀한 막을 형성하고, 수분 및 산소를 보다 확실하게 차단할 수 있다. 또는, 변형 방지층 150은, 산화 실리콘층 106을 형성하는 경우보다 높은 에너지로 막이 형성되는 산화 실리콘이어도 좋다. 산화 실리콘으로 막을 형성하는 경우의 에너지를 높임으 로써, 막이 형성되는 산화 실리콘의 치밀함이 높아지고, 수분 및 산소를 보다 확실하게 차단할 수 있다. 이 경우에는, 산화 실리콘층 106과 동일한 재료로 변형 방지층 150을 형성할 수 있으므로 바이모르프부 108의 제조가 용이하다. 이와 같이, 바이모르프부 108은 변형 방지층 150을 포함함으로써, 산화 실리콘층 106이 시간의 경과에 따른 변화로 인해 팽창하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 바이모르프부 108의 형상을 보다 정밀하게 유지할 수 있다.
가동부 120의 제조 방법의 일례를 이하 설명한다. 가동부 120의 제조 방법은, 금속층 형성 단계, 소둔(燒鈍) 단계, 히터 형성 단계, 산화 실리콘층 형성 단계, 변형 방지층 형성 단계, 가동 점접 형성 단계, 및 희생층 제거 단계를 포함한다. 우선, 금속층 형성 단계에 있어서, 예를 들면 산화 실리콘으로 이루어진 희생층의 위에, 구리나 알루미늄 등의 금속을 상온에서 스퍼터링(sputtering)하여 퇴적시킴으로써 금속층 130을 형성한다.
다음으로, 소둔 단계에 있어서, 희생층의 위에 형성된 금속층 130을 소둔(annealing, 어닐링)한다. 희생층의 위에 형성된 금속층 130에는, 스퍼터링에 의한 퇴적시에 발생한 내부 응력이 잔류하고 있다. 여기서, 이 내부 응력을 소둔함으로써 완화시킨다. 소둔의 온도는, 금속층 130을 형성하는 금속의 재결정 온도 및 후술할 플라스마 CVD의 온도보다 높은 온도로 한다. 예를 들면, 금속층 130의 재료로 구리를 이용하는 경우, 소둔 온도는 400℃ 정도로 한다. 또한, 금속층 130의 재료로 알루미늄을 이용하는 경우, 소둔 온도는 350℃ 정도로 한다. 소둔하는 시간은, 15분 정도가 적당하다.
이 소둔에 의하여, 금속층 130의 원자의 재결정이 일어나고, 격자간의 결함(缺陷)이 감소한다. 이로써, 금속층 130의 내부 응력이 완화되고, 바이모르프부 108의 형상이 시간의 경과에 따라 변화하는 요인을 하나 제거할 수 있다. 또한, 당해 소둔 단계에서 금속층 130의 내부 응력이 완화됨으로써, 후술할 산화 실리콘층 형성 단계에 있어서의 플라스마 CVD에서 300℃ 정도의 온도에 노출되는 경우에, 금속층 130의 변형을 방지할 수 있다. 따라서 바이모르프부 108을 제조하는 경우의 초기의 휘어짐 양을, 산화 실리콘층 106을 CVD로 적층(積層)할 때의 와트(Watt) 수치로 정밀하게 관리할 수 있다.
다음으로, 히터 형성 단계에 있어서, 금속층 130의 표면에 우선 절연층을 형성한다. 절연층은, 예를 들면 CVD로 산화 실리콘을 퇴적시킴으로써 형성한다. 그리고, 구리 또는 금 등의 금속을 상온에서 스퍼터링하여 퇴적시킴으로써 히터 128을 형성한다. 다음으로, 산화 실리콘층 형성 단계에 있어서, TEOS(tetraethoxysilane)를 이용한 플라스마 CVD에 의해, 히터 형성 단계에서 형성한 절연층 및 히터 128의 상면에 산화 실리콘을 퇴적시킨다. 본 실시예의 산화 실리콘층 형성 단계는, 플라스마 CVD의 출력을 예를 들면 130와트, 300℃로 조절한 상태에서 산화 실리콘을 퇴적시켜 산화 실리콘층 106을 형성한다. 또한, 금속층 130의 위에 크롬층 및 티탄층을 이 순서로 형성하고, 그 위에 산화 실리콘층 106을 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 산화 실리콘층 106과 금속층 130의 밀착 강도가 향상된다.
다음으로, 변형 방지층 형성 단계에 있어서, 산화 실리콘층 106의 표면에 플 라스마 CVD로 질화 실리콘을 퇴적시킴으로써 변형 방지층 150을 형성한다. 또는, 산화 실리콘층 형성 단계보다 높은 에너지의 플라스마 CVD로 산화 실리콘을 퇴적시킴으로써 변형 방지층 150을 형성해도 좋다. 산화 실리콘으로 변형 방지층 150을 형성하는 경우, 플라스마 CVD의 출력을 예를 들면 150와트로 조절한 상태에서 산화 실리콘을 퇴적시켜 변형 방지층 150을 형성한다. 산화 실리콘층 형성 단계보다 높은 에너지의 플라스마 CVD로 산화 실리콘을 퇴적시킴으로써, 변형 방지층 150의 산화 실리콘은, 산화 실리콘층 106의 산화 실리콘보다 치밀한 막을 형성한다.
다음으로 가동 접점 형성 단계에 있어서, 금 등의 내식성(耐食性)이 높은 금속을 예를 들면 스퍼터링으로 변형 방지층 150의 표면에 퇴적시키고, 가동 접점 102 이외의 범위의 금속을 에칭(etching)으로 제거함으로써 가동 접점 102를 형성한다. 마지막으로, 희생층 제거 단계에 있어서, 금속층 130을 지지하는 희생층을 에칭에 의해 제거한다. 그러면, 산화 실리콘층 106과 금속층 130의 내부 응력의 차이에 따라 바이모르프부 108에 금속층 130 측으로의 휘어짐이 발생한다. 이 때 발생하는 휘어짐의 크기는, 산화 실리콘층 형성 단계에 있어서의 플라스마 CVD의 에너지의 크기, 즉 와트 수치의 크기에 의해 결정된다. 플라스마 CVD의 와트 수치를 높이는 만큼, 바이모르프부 108의 휘어짐 양은 커진다. 본 실시 형태의 바이모르프부 108에 적절한 휘어짐 양은, 상기한 바와 같이, 산화 실리콘층 형성 단계에 있어서의 플라스마 CVD의 출력을 130와트 정도로 조절함으로써 얻어진다. 이렇게 얻어진 바이모르프부 108을 상하 반전시킴으로써 도 2에 도시된 형태의 바이모르프부 108을 얻는다.
질화 실리콘으로 이루어진 변형 방지층 150은, 산화 실리콘보다 치밀한 막을 형성하고, 수분 및 산소를 보다 확실하게 차단할 수 있다. 또한, 산화 실리콘층 형성 단계보다 높은 에너지의 플라스마 CVD로 산화 실리콘을 퇴적시켜 형성한 변형 방지층 150은, 산화 실리콘층 106의 산화 실리콘보다 치밀한 막을 가지므로, 수분 및 산소를 산화 실리콘층 106으로부터 차단한다. 이 경우, 산화 실리콘층 106과 동일한 재료로 변형 방지층 150을 형성할 수 있으므로 제조가 용이하다.
즉, 마이크로 스위치 500은, 변형 방지층 150을 포함함으로써, 산화 실리콘층 106이 시간의 경과에 따른 변화로 인해 팽창하는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 바이모르프부 108의 형상이 정밀하게 유지되고, 고정 접점 104와 가동 접점 102의 접점 간극이 안정된다. 따라서, 스위치를 전환하기 위해 히터 128에 입력하는 전력과, 스위칭의 응답 속도가 모두 안정된다는 효과를 나타낸다. 또한, 본 발명의 바이모르프 소자는, 마이크로 센서 등의 마이크로 머신이어도 좋다.
이상의 설명으로부터 명확하듯이, 본 실시 형태에 의하면, 회로 기판의 이면으로부터의 배선 길이가 짧고, 한편 솔더 볼에 의해 외부 기판의 표면에 장착할 수 있는 마이크로 스위치 500이 제공된다. 예를 들면, 본 실시예의 마이크로 스위치 500은, 피드 스루 및 라운드의 지름을 0.6mm 미만으로 함으로써, 스터브(stub)로 되는 선로 길이를 0.6mm 미만으로 억제할 수 있다. 마이크로 스위치 500은, 배선 길이가 짧음으로써, 스위치 전체의 인덕턴스가 작아져서, 광대역에서 신호가 감쇠하지 않는다는 효과를 나타낸다. 특히, 마이크로 스위치로서 바이모르프부 108을 이용함으로써, 스위치 전체를 작게 만들 수 있고, 이로써, 회로상의 선로 길이를 보다 단축할 수 있다. 또한, 외부 기판의 표면에 장착할 수 있으므로, 장착 효율을 높일 수 있다. 또한, 마이크로 스위치 500은, 저항을 더 포함함으로써 감쇠기(attenuator)를 구성해도 좋다.
이상, 본 발명을 실시의 형태를 이용하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시의 형태에 기재된 범위로 한정되지 아니한다. 상기 실시의 형태에, 다양한 변경 또는 개량을 가할 수 있다는 것이 당업자에게 명확하다. 이러한 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있다는 것이, 청구의 범위의 기재로부터 명확하다.

Claims (8)

  1. 회로 기판에 배치된 한 쌍의 제1의 피드 스루(feed-through) 배선과,
    상기 회로 기판의 표면에 간극을 갖고 배치된 한 쌍의 제1의 신호선과,
    상기 간극에 대향하여 배치된 제1의 가동부와,
    상기 한 쌍의 제1의 신호선의 양측에 배치된 제1 및 제2의 그라운드 패턴을 포함하되,
    상기 제1의 가동부는, 상기 한 쌍의 제1의 신호선에 대하여 접촉 및 이격할 수 있고,
    상기 한 쌍의 제1의 신호선은, 상기 한 쌍의 제1의 피드 스루 배선의 각각과 전기적으로 접속되고,
    상기 제1 및 상기 제2의 그라운드 패턴은, 상기 한 쌍의 제1의 신호선의 근방까지 연장되어 상기 한 쌍의 제1의 신호선에 대한 공면(coplanar) 선로를 형성하며,
    상기 제1 및 상기 제2의 그라운드 패턴의 각각은, 상기 제1의 피드 스루 배선의 근방에 있어서, 상기 제1의 피드 스루 배선으로부터 이격하는 형상을 갖는 고주파 회로 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 신호선의 폭보다 상기 한 쌍의 제1의 피드 스루 배선의 지름이 큰 고주파 회로 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회로 기판의 표면과 이면을 전기적으로 접속하는 제2의 피드 스루 배선과,
    상기 회로 기판의 상기 표면에 있어서, 상기 제1의 신호선의 일방에 대해 간극을 갖고 배치된 제2의 신호선과,
    상기 간극에 대향하여 배치된 제2의 가동부를 더 포함하되,
    상기 제2의 신호선은, 상기 제2의 피드 스루 배선과 전기적으로 접속되고,
    상기 제2의 가동부는, 상기 제1의 신호선의 상기 일방 및 상기 제2의 신호선에 접촉할 것인지 이격할 것인지를 상기 제1의 가동부에 독립하여 전환할 수 있도록 구성되고,
    상기 제1의 그라운드 패턴 및 상기 제2의 그라운드 패턴은, 상기 제2의 신호선에 대해 간극을 가지면서 근방까지 연장되어, 상기 제2의 신호선에 대하여 공면 노선을 형성하고,
    상기 제1의 그라운드 패턴 및 상기 제2의 그라운드 패턴의 각각은, 상기 제2의 피드 스루 배선의 근방에 있어서, 상기 제2의 피드 스루 배선으로부터 이격하는 형상을 갖는 고주파 회로 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2의 신호선의 폭보다 상기 제2의 피드 스루 배선의 지름이 큰 고주파 회로 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1의 가동부를 상기 회로 기판의 상기 표면에 대해 접촉시킴으로써, 상기 한 쌍의 제1의 피드 스루 배선의 일방에 입력되는 전기 신호를 상기 한 쌍의 제1의 피드 스루 배선의 타방에 출력하고,
    상기 제2의 가동부를 상기 회로 기판의 상기 표면에 대해 접촉시킴으로써, 상기 한 쌍의 제1의 피드 스루 배선의 상기 일방에 입력되는 전기 신호를 상기 제2의 피드 스루 배선의 타방에 출력하는 고주파 회로 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2의 가동부의 각각은,
    상기 회로 기판에 대해 고정된 고정단, 및, 상기 고정단으로부터 연장된 자유단을 포함하는 바이모르프부와,
    상기 바이모르프부의 상기 자유단의 선단(先端) 근방에 배치되고, 상기 바이모르프부의 상기 자유단이 상기 회로 기판의 상기 표면에 접촉한 경우에 상기 한 쌍의 제1 또는 제2의 신호선을 전기적으로 접속하는 가동 접점과,
    상기 바이모르프부를 가열하는 히터를 포함하는 고주파 회로 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회로 기판의 표면에 있어서 상기 제1의 가동부가 포함하는 상기 히터에 전력을 공급하는 한 쌍의 제 3의 피드 스루 배선과,
    상기 제3의 피드 스루 배선의 일방과의 사이에 상기 회로 기판의 표면에 있어서 상기 제2의 가동부가 포함하는 상기 히터에 전력을 공급하는 제4의 피드 스루 배선을 더 포함하는 고주파 회로 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    전체가 하나의 패키지 내에 밀봉되는 고주파 회로 장치.
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