三菱電機株式会社は、マイクロマシン技術の応用により、高周波（RF）信号を通過状態と開放状態に切り替える「RF−MEMS※1スイッチ」を開発しました。このMEMSスイッチを適用することにより、直流から100GHz（ギガヘルツ）までの広い周波数帯域に渡ってほとんど損失無く良好な特性を持つ「高周波数帯域用経路切り替え回路」が実現できます。ミリ波帯域の通信機器，フェーズドアレイアンテナ装置，ミリ波・RFセンサなどの無線装置の小型化・高性能化に有効です。
また、駆動電極と信号線路の共通化や構成部位の金属化などによりさらに小型の「低周波数帯域用小型RF−MEMSスイッチ」を開発しました。高密度実装が求められる携帯端末や無線LAN装置などに適用できます。
| ※1： | MEMS（Micro Electro Mechanical Systems微小電子機械システム）は、半導体微細加工技術等を用いて、機械・電子・光・化学等の多様な機能を実現したデバイス |
【開発の背景】
MEMSスイッチは、FET※2やダイオードなどを用いて開閉操作を行う従来の半導体スイッチと比べて伝送損失が小さく、無線通信装置の性能の大幅向上と低コスト化が可能なため、将来のキーデバイスになると期待されています。
当社は、既にMEMSスイッチとして、高周波信号を容易に遮断にできる「通過状態と短絡状態を切り替えるスイッチ」を開発していますが、今回、信号経路の切り替えを容易にする「通過状態と開放状態を切り替えるスイッチ」を開発しました。両スイッチを組み合わせることで高性能な「高周波帯域用経路切り替え回路」が実現できます。これらのスイッチは製造プロセスにおいて他のMEMSデバイスと同時に集積化できるので、低コスト化を実現できます。
また、接点を駆動する電極と信号線の共通化によりさらに小型化した「低周波数帯域用小型RF−MEMSスイッチ」も開発しました。
※2：FET（Field Effect Transistor電界効果トランジスター）は、半導体表面で電流を制御する素子
【主な開発成果】
- 高周波数帯域用通過/開放切り替え型MEMSスイッチ
高周波信号を通過状態と開放状態に切り替える「RF−MEMSスイッチ」を開発しました。
スイッチの駆動電極と信号線路を分離し、通過状態で交流抵抗を抑制する設計とすることにより、直流から100GHzまでの広範囲に渡って通過時には低損失で開放時には高い遮断性能を実現しました 。
また、開発済みの「通過状態と短絡状態を切り替えるスイッチ」と組み合わせることで、信号の漏れは従来の−20dB から−40dBまで10分の1に抑えられ、広い周波数帯域に渡って良好な特性を持つ経路切り替え回路や可変インピーダンス回路を容易に実現できます。
- 低周波数帯域用小型MEMSスイッチを開発
携帯電話などに利用される6GHz程度までの低周波数帯域用に、小型MEMSスイッチを開発しました。
金属の化学腐食反応を利用した高速犠牲層エッチング法の採用でスイッチ接点部に有機物の残りかすを出さず、伝送損失を抑制しました。
さらに、接点を駆動する電極と信号線を共通化することで、長さ0.15mmに小型化し従来の当社のスイッチとの面積比で10分の1を実現しました。
【今後の展開】
今後、超小型の無線装置を開発し、RFセンサーやミリ波帯のフェーズドアレイアンテナの実用化を目指します。
【特 許】
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