开关制造技术

本发明专利技术公开了一种开关。该开关包括：多个扭转弹簧，每个扭转弹簧的一端都固定在基板上；梁部分，所述多个扭转弹簧的另一端都固定于其上，其通过静电致动器进行摆动；以及开关接触部分，其中设置在所述梁部分处的第一触点和固定于所述基板上的第二触点处于连接或断开状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及开关，更具体地涉及一种机械驱动和电耦合的开关。
技术介绍
近年来，随着移动通信系统的发展，便携式信息终端等迅速地广泛普及。例如，移动电话系统使用诸如800MHz至1GHz以及1.5GHz到2.0GHz的高频带宽。因此，高频开关被用于移动通信系统的设备中。存在对于减小尺寸和节省能量的高频开关的需求，而传统上使用的是含砷化镓(GaAs)等的半导体开关。但是，半导体开关能耗高且隔离度低。因此，高频微机电系统(MEMS)开关正通过使用MEMS技术而不断得到发展，从而实现小型化、低能耗和高隔离度。如日本专利申请公报No.2005-243576和日本专利申请公报No.2003-522377中所披露的，提出了具有悬臂梁(cantilever beam)的MEMS开关，该悬臂梁是一种一端固定于基板上的活动梁。该MEMS开关使用绝缘体上硅(SOI)基板，悬臂梁由上硅层形成。在悬臂梁的一端设置有金的薄膜电极，并且通过在该薄膜电极的上部镀金而制成上电极。开关接触部分被构造为，使得薄膜电极和上电极连接或断开。悬臂梁由静电致动器或电磁致动器来驱动。例如，静电致动器包括悬臂梁上的下电极和悬臂梁上方的上电极。通过在上电极和下电极之间提供电压来驱动悬臂梁。存在对于可使驱动电力降低(即功耗降低)、稳定性增强和尺寸减小的MEMS开关的需求。一般而言，当驱动电压降低时，开关接触部分的接触操作会变得不稳定。例如，即便从致动器生成小功率来减小MEMS开关的驱动电压，开关接触部分也需要是可操作的。作为解决方法，减小活动梁部分的弹性系数(spring constant)。但是，活动梁部分的这种减小的弹性系数减弱了开启开关接触部分时的开启力。当开关接触部分被多次开启和闭合时，这可能导致无法开启的现象并导致不稳定的接触操作。如上所述，降低的驱动电压与开关接触部分处的稳定接触操作之间是一种平衡关系。已提出一种在具有电磁致动器的开关中，通过使用该电磁致动器中的具有磁滞特性的拴锁结构来抑制功耗的方法。另外，还提出了一种用来实现该拴锁结构的带有铰链的翘板结构。然而，即便采用上述方法或结构，也很难减小磁性薄膜或线圈的尺寸。MEMS开关的尺寸也很难减小。同时，静电致动器结构简单，制造起来容易，可以减小其尺寸。目前已有一种减小静电致动器的电极之间的间隔以减小静电致动器驱动电压的方法。但是，当电极之间的间隔变窄时，可能导致在制造静电致动器时的粘结(sticking)问题。
技术实现思路
鉴于以上情况提出本专利技术，本专利技术提供了一种可以减小其尺寸，可以降低其驱动电压，或者可以稳定地执行在其开关接触部分处的接触操作的开关。根据本专利技术的一个方面，提供了一种开关，该开关包括多个扭转弹簧，每个扭转弹簧的一端都固定在基板上；梁部分，所述多个扭转弹簧的另一端中的每一个都固定于其上，其通过静电致动器进行摆动；以及开关接触部分，其中设置在梁部分处的第一触点和固定于基板上的第二触点处于连接或断开状态。通过采用静电致动器，尺寸得以减小。即使要施加给静电致动器的电压较小，也能够以减小的弹性系数来驱动梁部分，因为弹性系数变小了。这使得能够降低驱动电压。附图说明下面参照以下附图来详细描述本专利技术的优选实施例，附图中图1是根据本专利技术第一示例性实施例的开关的俯视图； 图2A是沿图1的线A-A截取的剖面图；图2B是沿图1的线B-B截取的剖面图；图2C是沿图1的线C-C截取的剖面图；图3A至图3E是示出本专利技术第一示例性实施例中所采用的开关的制造方法的剖面图；图4A和图4B分别示出了用于计算弹性系数的扭转弹簧结构和悬臂梁结构；图5示出了这两种结构的弹性系数计算结果相对于梁部分的梁长度的关系；图6示意性示出了在对第一示例性实施例中采用的开关进行操作时的电路图；图7A和图7B分别示出了在对第一示例性实施例中采用的开关进行操作时的时序图；图8是根据本专利技术第二示例性实施例的开关的立体图；图9是根据本专利技术第三示例性实施例的开关的立体图；图10是根据本专利技术第四示例性实施例的开关的立体图；图11是根据本专利技术第五示例性实施例的开关的立体图；以及图12是根据本专利技术第六示例性实施例的开关的立体图。具体实施例方式下面将参照附图对本专利技术的示例性实施例进行说明。(第一示例性实施例)下面将参照图1、图2A至2C，对根据本专利技术第一示例性实施例的开关的结构进行说明。图1是本专利技术第一示例性实施例中采用的开关的俯视图。图2A是沿图1所示的线A-A截取的剖面图。图2B是沿图1所示的线B-B截取的剖面图。图2C是沿图1所示的线C-C截取的剖面图。如图2A至图2C所示，第一示例性实施例中采用的开关具有绝缘体上硅(SOI)基板60，其中设置有硅基板50；氧化硅层52；以及硅层54。此外，第一示例性实施例中采用的开关具有堆叠结构，其中金属层56和58堆叠在SOI基板60上。硅基板50的厚度例如可以是600μm，氧化硅层52的厚度例如可以是4μm，硅层54的厚度例如可以是15μm，金属层56的厚度例如可以是20μm，金属层58的厚度例如可以是20μm。参照图1和图2B，硅层54上形成有两个扭转弹簧12a和12b，每个弹簧的一端都固定于SOI基板60上。这里，扭转弹簧通过扭曲来展示弹簧特性。扭转弹簧12a和12b的另一端固定于梁部分10中的公共部分11上。布置在扭转弹簧12a和12b下面和梁部分10下面的氧化硅层52被去除，由此限定了空腔66。参照图1和图2A，梁部分10包括子梁部分13a和13b；以及子梁部分13a和13b的一端都固定于其上的公共部分11，且梁部分10由硅层54(将成为刚体)一体地形成。位于扭转弹簧12a和12b的下面以及梁部分10的下面的氧化硅层52被去除，由此限定了腔66。在梁部分10的周围，除扭转弹簧12a和12b之外的氧化硅层52被去除，由此形成缝隙(slit)62。除了由扭转弹簧12a和12b支撑的部分以外，梁部分10被缝隙62和腔66所围绕。也就是说，梁部分10只由扭转弹簧12a和12b所支撑。子梁部分13a和13b设置在公共部分11的两侧。参照图1、图2A和图2C，在子梁部分13a和13b的顶表面上分别设置有静电致动器20a的下电极22a，以及静电致动器20b的下电极22b。在下电极22a和22b的上方，分别设置有由金属层58形成的上电极24a和24b。静电致动器20a由下电极22a和上电极24a形成，静电致动器20b由下电极22b和上电极24b形成。参照图2C，上电极24a和24b通过设置在子梁部分13a和13b两侧的金属层56分别固定于SOI基板60上，并且与焊盘40电连接。参照图1和图2B，下电极22a和22b分别通过布线电极18a和18b与焊盘40电连接。布线电极18a和18b分别设置在扭转弹簧12b和12a上。再参照图1和图2A，静电致动器20a和20b分别由提供给下电极22a和22b以及上电极24a和24b的电压来驱动。于是，静电致动器20a和20b使梁部分10上下摆动。参照图1和图2A，子梁部分13a的一端布置有第一触点32a。第一触点32a上设置有第二触点36a。第二触点36a设置在由金属层58和56所组成的上层34中。第二触点36a通过上层34固定于SOI基板60上，并与焊盘4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关，该开关包括：多个扭转弹簧，每个扭转弹簧的一端都固定在基板上；梁部分，所述多个扭转弹簧的另一端都固定于其上，其通过静电致动器进行摆动；以及开关接触部分，其中设置在所述梁部分处的第一触点和固定于所述基板上的第二触点处于连接或断开状态。

【技术特征摘要】
JP 2005-11-24 2005-3385321.一种开关，该开关包括多个扭转弹簧，每个扭转弹簧的一端都固定在基板上；梁部分，所述多个扭转弹簧的另一端都固定于其上，其通过静电致动器进行摆动；以及开关接触部分，其中设置在所述梁部分处的第一触点和固定于所述基板上的第二触点处于连接或断开状态。2.根据权利要求1所述的开关，其中所述梁部分包括多个子梁部分以及所述多个子梁部分的一端都固定于其上的公共部分；所述多个扭转弹簧固定于所述公共部分上；所述多个子梁部分分别包括所述静电致动器和所述第一触点；并且在分别设置在所述多个子梁部分处的所述第一触点上设置有多个开关接触部分。3.根据权利要求2所述的开关，其中所述多个子梁部分是两个梁部分。4.根据权利要求2所述的开关，其中在彼此相对并插设有所述公共部分的两个子梁部分之一处设置有第一静电致动器，并且在这两个子梁部分的另一个处设置有第二静电致动器；当对所述第一静电致动器施加第一电压时，对所述第二静电致动器施加第二电压；当对所述第一静电致动器施加第三电压时，对所述第二静电致动器施加第四电压；并且所述第一电压大于所述第二电压，所述第三电压大于所述第四电压。5.根据权利要求4所述的开关，其中所述第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：米泽游，三岛直之，中谷忠司，阮俊英，上田知史，
申请(专利权)人：富士通媒体部品株式会社，富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]