接觸開關的製作方法

2023-05-26 06:13:56 2

專利名稱：接觸開關的製作方法
技術領域：
本發明涉及例如用於控制高頻信號的接觸開關。
背景技術：
近年來隨著集成技術的進步，對於電子裝置尺寸減小、重量減輕、低操作電壓、低 功耗以及高頻率運行得以迅速地推進。特別是，在諸如行動電話的移動通訊終端裝置的技 術領域中，除了上述嚴格要求的需要外，還需要高性能，並且MEMS (微機電系統)作為解決 這些矛盾問題的技術之一已經引起人們的注意。MEMS是通過矽工藝技術融合微機械部件和 電子電路部件的系統。MEMS技術具有諸如精確加工的優良特性，能夠實現緊湊和降低成本 ^ SoC (system on a chip，片上系統)，而實現高性能。MEMS技術使用於各種領域中，例如，用於機械方式地執行傳輸高頻信號的信號線 的耦合/斷開的開關。在用於高頻信號的開關中，所希望的是有效地降低由插入開關引起 的功耗(插入損耗)，並且充分地改善絕緣性，以保證信號質量。接觸開關被當作同時滿足 這兩個特性的開關，並且用作重要的部件，特別是在嚴格要求質量的電路中。此外，接觸開 關還期待用於帶載為兆赫(MHz(IOfiHz))至千兆赫(GHz(IOi3Hz))的高速度大容量通訊的前 端電路。相關技術用於高頻率的很多接觸開關具有所謂的串聯式接觸結構，這是由於易於 保證電路設計上的高度絕緣及其寬泛的應用範圍。在串聯式接觸結構中，例如，當成對形成 的固定觸點和活動觸點彼此接觸(on狀態)時，信號線機械地耦合，並且當它們彼此不接觸 (off狀態)時，機械地斷開。在採用串聯式接觸結構的開關中，影響插入損耗的增加/減小的重要因素之一是 接觸部分的接觸電阻。接觸電阻低時則插入損耗小，為此迄今已經開發了各種技術。最頻 繁使用的方法是通過提供多個活動觸點到一個固定觸點以增加接觸數量(多點接觸)而減 小接觸電阻的方法(例如，參見日本特開第2008-27812號公報)。日本特開第2008-27812號公報中的接觸結構包括形成在基板上的固定觸點、提 供在腔體中面對該固定觸點位置上的多個活動觸點以及支持這些活動觸點的活動梁。在該 結構中，活動梁由外部驅動電路移動，以轉換固定觸點和活動觸點的接觸狀態和非接觸狀 態，並且這用作執行信號線耦合/斷開的開關。該接觸結構(在下文，稱為多點接觸結構) 易於製造，因此在很多開關中投入實際使用。

發明內容
然而，如日本特開第2008-27812號公報的方法中，在接觸數量增加的多點接觸結 構中難於均勻地使所有觸點接觸。這源自於下面的原因。就是說，每個活動觸點和每個固 定觸點之間的每個距離在工藝中在可能的範圍內相等地形成，但是由於材料的平坦性以及 由於內應力引起的構件彎曲而實際上產生差別。此外，這樣的差別例如因開關的每個器件、 每個批次和每個晶片而不同。
日本特開第2008-27812號公報中的活動梁固定到基板上的一點(固定部分)，並 且採用固定部分作為支點而移動。在活動梁移動到使活動觸點與固定觸點接觸的情況下， 觸點之間的距離最小的觸點對在多個活動觸點中首先接觸。其後，該接觸位置成為活動梁 的新支點，因此活動梁的彈性常數在該接觸位置的外側(固定部分的相對側)增加。從而， 隨著觸點設置為遠離活動梁的支點(固定部分)，接觸壓力下降。換言之，在上述的多點接 觸結構中，每個觸點的接觸壓力是變化的，從而接觸失敗，並且易於局部發生非接觸狀態。 因此，難於獲得足夠的電阻降低效率，並且具有幾乎不能減小插入損耗的問題。考慮到前述情況，所希望的是提供能夠通過減小接觸電阻而抑制插入損耗的接觸 開關。根據本發明的實施例，所提供的接觸開關包括多個第一觸點，並列設置在基板 上；活動構件，包括面對該多個第一觸點的多個梁，並且形成為在基板面內沿著第一觸點的 排列方向可滑動；以及多個第二觸點，分別提供在該梁的與該第一觸點相面對的面上。在根據本發明實施例的接觸開關中，提供在基板上的第一觸點和提供在活動構件 上的第二觸點的接觸狀態和非接觸狀態由活動構件的滑動操作轉換，例如，這用作機械方 式地耦合/斷開傳輸線的開關。這裡，多個第一觸點並列設置，活動構件包括面對多個第一 觸點的多個梁，並且為每個梁提供第二觸點，由此實現其中由第一觸點和第二觸點組成的 每對(觸點對)並列化的接觸結構。因此，觸點對機械地寬鬆地耦合(loosely coupled) (不易發生機械幹擾)，而同時為所有的觸點對共同執行接觸操作，並且能夠彼此獨立地在 每個觸點對中建立接觸。從而，易於以足夠的接觸壓力基本上均勻地建立觸點之間的接觸。根據本發明實施例的接觸開關，多個第一觸點並列設置在基板上，活動構件包括 面對多個第一觸點的多個梁，並且多個第二觸點分別提供在梁上。因此，通過使觸點之間的 接觸壓力均勻化能夠防止接觸失敗等。因此，能夠通過減小接觸電阻而抑制插入損耗。本發明其他的和進一步的目標、特徵和優點通過下面的描述將更加明顯易懂。


圖IA和IB是示出根據本發明實施例的接觸開關的示意性結構的平面圖。圖2A和2B是示出根據本發明第一實施例的接觸開關的示意性結構的平面圖。圖3是示出根據比較示例的接觸開關的示意性結構的截面圖。圖4A和4B是示出根據第二實施例的接觸開關的示意性結構的平面圖。圖5A至5C是示出根據第三實施例的接觸開關的示意性結構的平面圖。圖6是說明圖5A至5C所示的接觸開關的效率的示意圖。圖7A和7B是示出圖5A和5B所示的接觸開關的修改的示意性結構的平面圖。圖8A和8B是示出根據第四實施例的接觸開關的示意性結構的平面圖。圖9是示出圖8A和8B所示的接觸開關的配線布置示例的平面圖。圖IOA和IOB是示出圖8A和8B所示的接觸開關的致動器示例的平面圖。圖11是示出根據接觸開關的應用示例的電子裝置的功能塊示意圖。
具體實施例方式在下文，將參考附圖詳細描述本發明的實施例。另外，描述將以下面的順序給出。
1.示意性結構(接觸開關的示例，其中活動觸點提供在推桿的梁上)2.第一實施例(觸點對由兩個固定觸點和一個活動觸點組成的示例)3.第二實施例(觸點對由兩個固定觸點和兩個活動觸點組成的示例)4.第三實施例(固定接觸點之間提供臺階的示例)5.第四實施例(梁軸對稱地提供到推桿操作軸的示例)6.應用示例(採用接觸開關的電子裝置的示例)接觸開關的示意性結構圖IA和IB示出了根據本發明的接觸開關(接觸開關1)的示意性結構，圖IA示 意性地示出了總體結構，而圖IB示意性地示出了觸點對附近的結構。接觸開關1例如包括 並列設置在半導體等的基板11上的多個觸點對10、連接到多個觸點對10的推桿12(支撐 體)以及驅動推桿12的致動器20。每個觸點對10分別通過傳輸線15連接到相同的輸入 埠 Vin和相同的輸出埠 Vout，並且為每個觸點對10形成的每個電路彼此相同。具體地講，如圖IB所示，在基板11的預定區域中形成腔體11a，並且每個都用作 觸點對10的一部分的多個固定接觸電極14(第一觸點)並列提供在腔體Ila的壁上。傳 輸線15電連接到每個固定接觸電極14。傳輸線15是在輸入埠 Vin和輸出埠 Vout之 間傳輸例如高頻信號的信號的信號線。同樣，在腔體Ila中，推桿12響應於致動器20的驅 動，沿著固定接觸電極14(觸點對10)的排列方向(操作軸A)可滑動。推桿12例如是沿著操作軸A延伸的杆狀構件。多個接觸梁1 從推桿12朝著與 操作軸A垂直的方向突出，以分別面對固定接觸電極14。接觸梁12a由推桿12支持在腔 體Ila中的空氣中，並且活動接觸電極13 (第二觸點)提供在每個接觸梁12a的與固定接 觸電極14相面對的面上。換言之，觸點對10由接觸梁12a、活動接觸電極13和固定接觸 電極14組成，並且活動接觸電極13和固定接觸電極14的接觸狀態(on狀態)和非接觸狀 態(off狀態)通過推桿12的滑動(沿著操作軸A的位置變化)轉換。另外，該實施例中 的推桿12和接觸梁1 對應於本發明中的活動構件的具體示例。通過設定接觸梁1 和推桿12的材料或厚度等，接觸梁1 的彈性模量(例如， 楊氏模量)優選低於推桿12的彈性模量。換言之，接觸梁1 優選看作所謂的彈性體，並 且推桿12優選看作所謂的剛性體。致動器20例如是採用MEMS技術加工的MEMS致動器，特別是，由橫向驅動的靜電 致動器(這將在後面詳細描述)適合於用作致動器20。在下文，將詳細描述接觸開關1的優選實施例(觸點對的結構)。另外，相同的參 考標號用於與示意性結構中相同的部件，並且省略其描述。1.第一實施例接觸開關IA的結構圖2A示出了根據第一實施例的接觸開關(接觸開關1A)的觸點對附近的平面結 構(off狀態)。在接觸開關IA中，多個觸點對IOa並列設置在基板11上，並且觸點對IOa 中的接觸狀態和非接觸狀態通過推桿12的滑動操作轉換，以執行所謂的串聯式耦合/斷開 操作。圖2B示出了接觸狀態(on狀態)下的觸點對10a，並且圖2B中的箭頭B示意性地示 出了信號流向。基板11例如是由Si半導體製造的基板，例如，由矽(Si)、碳化矽(SiC)、矽鍺(SiGe)以及矽鍺碳(SiGeC)製造的基板。作為選擇，由諸如玻璃、樹脂或塑料的非矽材料制 作的基板可以用作基板11。腔體Ila例如通過根據觸點對IOa的設置位置切割基板11成為梳齒形狀而形成， 並且是可移動地容納推桿12和觸點對IOa的空間。例如，通過在基板11上執行光刻和幹 蝕刻能夠形成腔體11a。此外，在蝕刻的同時能夠形成(提取)推桿12和接觸梁12a。在 腔體Ila的壁上，分別提供形成輸入埠 Vin和輸出埠 Vout的兩條傳輸線15以及連接 到傳輸線15的兩個固定接觸電極14al和14a2。傳輸線15以及固定接觸電極14al和14a2例如是堆疊膜，從基板11側依次包括鈦 (Ti)和金(Au)。例如，通過濺射和光刻能夠形成堆疊膜，並且每層的厚度例如為鈦0. Ιμπι 和金0. 2 μ m。傳輸線15是在基板11上形成矩形形狀的固定電極，並且使用配線連接、形成 饋通電極、焊接或金凸塊連接的方法，以能使信號輸入到輸入埠 Vin，且信號從輸出埠 Vout輸出。在該實施例中，一個接觸梁1 設置為面對兩個固定接觸電極14al和14a2，並 且一個活動接觸電極13a提供在每個接觸梁12a上，以面對固定接觸電極14al和14a2 二 者ο接觸梁1 例如採用與基板11和推桿12相同的矽半導體材料作為基底材料，並 且基底材料的表面覆蓋有堆疊膜12al，堆疊膜12al由與固定接觸電極14al和14a2相同的 材料以及相同的厚度製造。接觸梁1 的彈性模量低於推桿12的彈性模量。這裡，接觸梁 12a和推桿12通過蝕刻工藝由基板11形成，從而接觸梁12a的材料和推桿12的材料是相 同的。然而，例如，通過使接觸梁12a的厚度小於推桿12的厚度，接觸梁1 看作彈性體， 並且推桿12看作剛性體。與固定接觸電極14al和14a2 —樣，活動接觸電極13a是堆疊膜，從基板11側依 次包含鈦(Ti)和金(Au)。例如，通過濺射和光刻能夠形成活動接觸電極13a，並且每層的 厚度為鈦0. 1 μ m和金0. 2 μ m。接觸開關IA的動作在該實施例中，當推桿12通過致動器20的驅動沿著操作軸A滑動(移位)時(圖 中沒有示出)，觸點對IOa中的接觸狀態和非接觸狀態由滑動操作轉換。具體地講，執行從 非接觸狀態到接觸狀態的轉換，或者以相反的另一種方式(從接觸狀態到非接觸狀態)轉 換。當觸點對IOa在非接觸狀態下時，從輸入埠 Vin到輸出埠 Vout的傳輸線15機械 地斷開，且轉換到off狀態(圖2A)。同樣，當觸點對IOa在接觸狀態下時，從輸入埠 Vin 到輸出埠 Vout的傳輸線15由觸點對IOa機械地耦合，且轉換到on狀態(圖2B)。具體 地講，從輸入埠 Vin側輸入的信號依次通過固定接觸電極14al、活動接觸電極13a和固定 接觸電極14a2輸出到輸出埠 Vout。這裡，參考圖3，將描述根據比較示例的接觸開關(接觸開關100)中的觸點之間的 接觸操作。在接觸開關100中，一端由固定部分(支點)102固定的活動梁103提供在基板 101上，並且多個(在此情況下，兩個)活動接觸電極104形成在活動梁103上。固定接觸 電極105隔著基板101上的腔體面對活動接觸電極104。在該結構中，活動梁103移動以建 立多個活動接觸電極104和固定接觸電極105之間的多點接觸，由此實現接觸電阻的減小。然而，如接觸開關100，在對於一個活動梁103提供多個活動接觸電極104的情況 下，難於使所有的觸點均勻地接觸。這來自於下面的原因。就是說，每個活動接觸和每個固定接觸之間的每個距離(間隔)在工藝中在可能的範圍內相等地形成，但是由於材料的平 坦性以及由於內部應力引起的構件彎曲實際上產生差別。此外，例如，對於開關的每個器 件、每個批次以及每個晶片，這樣的差別是不同的。此外，在比較示例中，每個觸點對(活動 接觸點和固定接觸點)之間的距離設置為窄的以至於活動梁103可以看作為剛性體。活動梁103採用固定部分102作為在基板101上的支點而被移位。因此，當活動 梁103移動到使接觸點接觸時，最靠近固定部分102設置的活動接觸電極104期待在多個 活動接觸電極104中首先與固定接觸點接觸。其後，該接觸位置變為活動梁103的新支點， 因此活動梁103的彈性常數從該接觸位置在外側上(固定部分102的相對側)增加。如果 活動梁103原本是柔性的，則彈性常數的增加率下降，但是彈性常數的增加率很高，這是因 為硬的彈簧在很多情況下典型地用作活動梁103，以保證接觸點的接觸壓力，並且減小接觸 電阻。因此，隨著觸點遠離活動梁103的支點(固定部分102)接觸壓力降低。換言之，每 個接觸點的接觸壓力都是變化的，從而易於局部發生接觸失敗和非接觸狀態。如果活動梁 驅動為使接觸所需的力較強或者接觸時間較長，則能夠有效地使所有接觸點接觸。然而，致 動器的尺寸或者整個元件的尺寸在這種情況會增加，從而不是有效的。換言之，難於獲得有 效的電阻減小效率，並且在如上所述的多點結構中幾乎不能減小插入損耗。另一方面，在該實施例中，多個由兩個固定接觸電極14al和14a2而成的對並列 設置在基板11上，並且推桿12包括面對這些成對的固定接觸電極14al和14a2的接觸梁 12a。一個活動接觸電極13a形成在每個接觸梁1 上，以面對固定接觸電極14al和14a2 二者。因此，實現了每一個都由固定接觸電極14al和14a2、活動接觸電極13a以及接觸梁 1 構造的觸點對IOa並列化的接觸結構。因此，能夠機械地寬鬆地(loosely)耦合觸點對 IOa(不易產生機械幹擾)，而同時共同執行所有觸點對IOa的接觸操作。換言之，所有觸點 對IOa中的每個接觸操作彼此獨立地執行。從而，所有觸點對IOa中的兩個固定接觸電極 14al和14a2和活動接觸電極13a之間的接觸以有效的接觸壓力基本上均勻地建立。如上所述，在該實施例中，多個固定接觸電極14al和14a2並列設置在基板11上， 面對固定接觸電極14al和14a2的多個接觸梁1 提供在推桿12上，並且活動接觸電極 13a提供在每個接觸梁1 上。因此，通過使每個觸點對IOa中的接觸壓力均勻，能夠防止 接觸失敗等。因此，通過減小接觸電阻，能夠抑制插入損耗。此外，更多的接觸點穩定地進 行接觸，並且實現了更小的插入損耗的接觸開關，特別是在高頻率信號的傳輸線中。此外，接觸梁12a的彈性模量低於推桿12的彈性模量，從而，例如，接觸梁1 看 作彈性體，並且推桿12看作剛性體。因此，在每個觸點對IOa中能夠使接觸壓力均勻。這 裡，每個觸點對IOa中的活動接觸電極13a與固定接觸電極14al和14a2之間的每個距離 (觸點之間的距離)在工藝中在可能的範圍內相等地設計，但是由於材料的平坦性以及由 於內應力引起的構件彎曲等實際上產生差別。此外，例如，對於開關的每個器件、每個批次 以及每個晶片，該差別是不同的。如在該實施例中，即使觸點之間的每個距離如上所述是變 化的，接觸梁1 看作彈性體，因此，能夠減小這樣的變化引起的接觸點之間接觸壓力的差 別，就是說，能夠使接觸壓力均勻。接觸壓力的均勻化改善了接觸點的耦合/斷開操作中的 穩定性，並且導致裝置中可靠性的改善。此外，以低的壓力易於實現足夠的低接觸電阻，並 且這導致致動器的尺寸減小以及控制功率的降低。2.第二實施例
圖4A示出了根據第二實施例的接觸開關(接觸開關1B)的觸點對(觸點對IOb) 附近的平面結構(off狀態)。圖4B示出了接觸狀態(on狀態)下的觸點對10b，並且圖中 的箭頭B示意性地示出了信號流向。另外，相同的參考標號用於與上述的示意性結構和第 一實施例中基本相同的部件，並且適當地省略其描述。與第一實施例中的接觸開關IA類似，接觸開關IB是串聯式開關，其中多個觸點對 IOb並列設置在基板11上，並且傳輸線15的機械耦合/斷開通過推桿12的滑動操作執行。 在基板11上形成的腔體Ila的壁上，提供兩條傳輸線15和分別連接到傳輸線15的兩個固 定接觸電極14al和14a2，在傳輸線15中形成輸入埠 Vin和輸出埠 Vout。接觸梁1 從推桿12突出，以面對固定接觸電極14al和14a2，並且接觸梁12a的彈性模量小於推桿 12的彈性模量。然而，在該實施例中，為每個觸點對IOb中的兩個固定接觸電極14al和14a2設置 兩個活動接觸電極13bl和131^2。具體地講，在每個接觸梁1 中，活動接觸電極13bl提供 為面對固定接觸電極14al，並且活動接觸電極13 提供為面對固定接觸電極14a2。與第 一實施例中的活動接觸電極13a相類似，活動接觸電極13bl和13 的每一個都是堆疊膜， 從基板11側依次包含鈦和金。每層的厚度例如為鈦0. 1 μ m和金0. 2 μ m。因此，與第一實施例類似，當推桿12通過致動器20的驅動沿著操作軸A滑動(移 動)時(圖中沒有示出)，觸點對IOb中的接觸狀態和非接觸狀態在該實施例中通過滑動操 作轉換。當觸點對IOb在非接觸狀態下時，從輸入埠 Vin到輸出埠 Vout的傳輸線15 機械地斷開，並且轉換為off狀態(圖4A)。同樣，當觸點對IOb在接觸狀態下時，由觸點 對IOb機械地耦合從輸入埠 Vin到輸出埠 Vout的傳輸線15，並且轉換為on狀態(圖 4B)。具體地講，從輸入埠 Vin側輸入的信號依次通過固定接觸電極14al、活動接觸電極 13bl、接觸梁12a(堆疊膜12al)、活動接觸電極13 和固定接觸電極14a2輸出到輸出埠 Vout0這裡，多對固定接觸電極14al和14a2並列設置在基板11上，並且在設置為面對 固定接觸電極14al和14a2的每個接觸梁1 上，兩個活動接觸電極13bl和13 形成為 分別面對固定接觸電極14al和14a2。因此，與第一實施例類似，實現了這樣的接觸結構， 其中使每一個都由固定接觸電極14al和14a2、活動接觸電極13bl和13 以及接觸梁1 組成的觸點對IOb並列化。因此，還是在該實施例中，通過推桿12的滑動操作，能夠彼此獨 立地執行每個觸點對IOb中的每個接觸操作，並且同時共同執行所有觸點對IOb的接觸操 作。從而，固定接觸電極14al和活動接觸電極13bl之間的接觸以及固定接觸電極14a2和 活動接觸電極13 之間的接觸以足夠的接觸壓力在所有的觸點對IOb中基本上均勻地建 立。因此，能夠獲得與第一實施例相同的效果。3.第三實施例圖5A示出了根據第三實施例的接觸開關(接觸開關1C)的觸點對(觸點對10c) 附近的平面結構(off狀態)。圖5B示出了在從非接觸狀態到接觸狀態的轉變狀態下的觸 點對10c。圖5C示出了在接觸狀態(on狀態)下的觸點對10c，並且圖5C中的箭頭B示意 性地示出了信號流向。另外，相同的參考標號用於與上述示意性結構以及第一和第二實施 例基本相同的部件，並且適當地省略其描述。與第一實施例中的接觸開關IA類似，接觸開關IC是串聯式開關，其中多個觸點對IOc並列設置在基板11上，並且通過推桿12的滑動操作執行傳輸線15的機械耦合/斷開。 在基板11上形成的腔體Ila的壁上，提供兩條傳輸線15和分別連接到傳輸線15的兩個固 定接觸電極14al和14a2，在傳輸線15中形成輸入埠 Vin和輸出埠 Vout。接觸梁1 從推桿12突出，以面對固定接觸電極14al和14a2，並且接觸梁12a的彈性模量小於推桿 12的彈性模量。此外，與第二實施例的接觸開關IB —樣，對每個觸點對IOc中的兩個固定 接觸電極14al和14a2設置兩個活動接觸電極13bl和131^2。然而，在該實施例中，臺階S提供在固定接觸電極14al和固定接觸電極14a2之 間。具體地講，臺階S形成在腔體Ila的壁上，設置兩條傳輸線15使臺階S在它們之間，並 且固定接觸電極14al和固定接觸電極14a2分別提供在傳輸線15上。對於臺階S，靠近推 杆12設置(在接觸梁1 的基底側)的觸點之間的距離寬於遠離推桿12設置(在接觸梁 1 的端側)的觸點之間的距離。換言之，在這裡，固定接觸電極14al和活動接觸電極13bl 之間的距離寬於固定接觸電極14a2和活動接觸電極13 之間的距離。臺階S的該高度差 優選考慮形成膜時所產生的膜厚度上的變化以及接觸梁12a的彎曲量而設定。因此，與第一實施例類似，當推桿12通過致動器20的驅動沿著操作軸A滑動(移 動)時(圖中沒有示出)，觸點對IOc中的接觸狀態和非接觸狀態在該實施例中通過滑動操 作轉換。當觸點對IOc在非接觸狀態下時，從輸入埠 Vin到輸出埠 Vout的傳輸線15 機械地斷開，並且轉換為off狀態(圖5A)。同樣，如圖5B所示，當觸點對IOc在從非接觸 狀態到接觸狀態的轉變狀態時，接觸梁1 朝著方向Al移動，並且接觸梁12a的端側設置 的活動接觸電極13 首先接觸面對活動接觸電極13 的固定接觸電極14a2。其後，或者 在基本上相同的時間，接觸梁1 的基底側設置的活動接觸電極13bl與面對活動接觸電極 13bl的固定接觸電極14al接觸(圖5C)。因此，從輸入埠 Vin到輸出埠 Vout的傳輸 線15由觸點對IOc機械地耦合，並且轉換為on狀態。具體地講，從輸入埠 Vin側輸入的 信號依次通過固定接觸電極14al、活動接觸電極13bl、接觸梁12a(堆疊膜1加1)、活動接觸 電極13 和固定接觸電極14a2輸出到輸出埠 Vout。這裡，多對固定接觸電極14al和14a2並列設置在基板11上，並且在設置為面對 固定接觸電極14al和14a2的每個接觸梁1 上，兩個活動接觸電極13bl和13 形成為 面對固定接觸電極14al和14a2。因此，與第一實施例類似，實現了這樣的接觸結構，其中使 每一個都由固定接觸電極14al和Ha2、活動接觸電極13bl和13 以及接觸梁1 組成的 觸點對IOc並列化。因此，還是在該實施例中，固定接觸電極14al和活動接觸電極13bl之 間的接觸以及固定接觸電極14a2和活動接觸電極13 之間的接觸以足夠的接觸壓力在所 有的觸點對IOc中基本上均勻地建立。因此，能夠獲得與第一實施例相同的效果。此外，在該實施例中，預定的臺階S提供在固定接觸電極14al和固定接觸電極 14a2之間，從而靠近推桿12設置的觸點之間的距離寬於遠離推桿12設置的觸點之間的距 離。這裡，當接觸梁1 中所有的接觸點在非接觸狀態下時，接觸梁1 的基底部分(接觸 梁1 和推桿12的連接部分)用作支點，但是在任何一個觸點通過接觸梁1 的移動進行 接觸後，該接觸位置成為接觸梁12a的新支點。當假設有這樣的結構，其中靠近推桿12設 置的觸點(固定接觸電極14al和活動接觸電極13bl)由於膜形成變化等首先進行接觸，例 如，如圖6所示，則接觸梁12a易於由於該接觸位置作為支點而變形。因此，長衝程(long stroke)或者強的力或者它們二者對於使遠離推桿12設置的觸點(固定接觸電極14a2和活動接觸電極13b2)接觸是必要的。從而，增加了致動器的尺寸，進而增加了裝置的尺寸。 可能發生這樣的最壞情況，接觸點彼此沒有接觸，並且轉換操作易於不穩定。在該實施例中，通過提供臺階S，遠離推桿12設置的固定接觸電極14a2和活動接 觸電極13 的接觸比靠近推桿12設置的固定接觸電極14al和活動接觸電極13bl的接觸 早(或者在基本上相同的時間)。因此，即使發生如上所述的膜形成變化，也防止由接觸梁 12a的變形引起的接觸失敗(特別是，接觸梁1 端側的接觸失敗)，因此能夠使每個觸點 對IOc中的觸點的接觸壓力均勻。另外，在第三實施例中，儘管作為示例已經描述了在每個觸點對IOc中提供一個 臺階S的情況，但是臺階S的數量可以為兩個或更多，就是說，固定接觸電極14al和固定接 觸電極14a2之間可以提供多個臺階。改變觸點之間距離的方法不限於臺階S，而是可以採 用圖7A所示的楔形Si。作為選擇，如圖7B所示，楔形S2提供在腔體Ila的壁上很寬的範 圍內，並且固定接觸電極14al和14a2可以提供在楔形S2的傾斜表面上。4.第四實施例圖8A示出了根據第四實施例的接觸開關(接觸開關1D)的觸點對(觸點對IOd) 附近的平面結構(off狀態)。圖8B示出了在接觸狀態(on狀態)下的觸點對10d，並且圖 中的箭頭B示意性地示出了信號流向。另外，相同的參考標號用於與上述的示意性結構以 及第一和第二實施例中基本上相同的部件，並且適當省略其描述。與第一實施例中的接觸開關IA類似，接觸開關ID是串聯式開關，其中多個觸點對 IOd並列設置在基板11上，並且通過推桿12的滑動操作執行傳輸線15的機械耦合/斷開。 在基板11上形成的腔體Ila的壁上，提供兩條傳輸線15和分別連接到傳輸線15的兩個固 定接觸電極14al和14a2，在傳輸線15中形成輸入埠 Vin和輸出埠 Vout。接觸梁1 從推桿12突出，以面對固定接觸電極14al和14a2，並且接觸梁12a的彈性模量小於推桿 12的彈性模量。此外，與第二實施例的接觸開關IB類似，為每個觸點對IOd中的兩個固定 接觸電極14al和14a2設置兩個活動接觸電極13bl和131^2。然而，在該實施例中，接觸梁1 沿著垂直於推桿12的操作軸A的方向在兩側突 出。此外，固定接觸電極14al和14a2、活動接觸電極13bl和13 以及接觸梁12a以推桿 12的操作軸A作為對稱軸提供為軸對稱。換言之，固定接觸電極14al、活動接觸電極13bl 和接觸梁1 組成的組以及固定接觸電極14a2、活動接觸電極13 和接觸梁1 組成的組 在每個觸點對IOd中彼此軸對稱。因此，與第一實施例類似，當推桿12通過致動器20的驅動沿著操作軸A滑動(移 動)時(圖中沒有示出)，觸點對IOd中的接觸狀態和非接觸狀態在該實施例中通過滑動操 作轉換。當觸點對IOd在非接觸狀態下時，從輸入埠 Vin到輸出埠 Vout的傳輸線15 機械地斷開，並且轉換為off狀態(圖8A)。同樣，當觸點對IOd在接觸狀態下時，從輸入 埠 Vin到輸出埠 Vout的傳輸線15由觸點對IOd機械地耦合，並且轉換為on狀態(圖 8B)。具體地講，從輸入埠 Vin側輸入的信號依次通過固定接觸電極14al、活動接觸電極 13bl、接觸梁12a(堆疊膜1加1)、活動接觸電極13 和固定接觸電極14a2輸出到輸出埠 Vout0在下文，將描述示意性結構示例以及第一至第四實施例中描述的接觸開關中的配 線布置和致動器20的示例。另外，第四實施例的接觸開關ID的結構用在該描述中並代表這些實施例。配線布置示例圖9示意性地示出了接觸開關ID中具體的配線布置。接觸開關ID具有GSGSG結 構，其中信號線SIG(對應於傳輸線15、固定接觸電極14al和14a2、活動接觸電極13bl和 13b2以及接觸梁12a)和接地線GND基本上交替地設置在基板11上。接地線GND提供在基 板11表面上的絕緣膜上，作為設定為接地電位的固定電極。對於這樣的配線布置，能夠減小功耗，特別是在高頻信號中。原因如下。就是說，傳 輸線15隔著絕緣膜(圖中沒有示出)形成在基板11上，並且當信號輸入到絕緣膜上的傳 輸線15時，該輸入信號可能輻射到接地線GND。因此，在接地線GND設置在遠離傳輸線15 的位置的情況下，增加了信號輻射量。從而，與該布置示例類似，接地線GND通過採用GSGSG 結構設置在傳輸線15附近，並且能夠減小信號輻射量和功耗。在該布置示例中，一部分腔體Ila具有階梯結構，並且接地線GND也形成在階梯結 構部分中。此外，儘管推桿12和接觸梁12a的每一個都由彼此相同材料且相同厚度的板構 件形成，但是接觸梁1 形成為被看作彈性體，而推桿12形成為被看作剛性體。具體地講， 接觸梁1 看作彈性體，例如，採用矽半導體的一個板構件，厚度約為0. 5 μ m至4. 0 μ m (均 包含端值)。同樣，推桿12看作剛性體，由與接觸梁1 相同材料且相同厚度的多個板構件 的組合形成階梯結構，以提高機械強度。致動器20的結構示例圖IOA和IOB示出了致動器20的示意性結構。在接觸開關ID中，致動器20通過 MEMS技術加工基板11而形成，就是說，傳輸線15、觸點對10d、推桿12和致動器20提供在 基板11上的相同水平面中。致動器20作為橫向驅動的所謂靜電MEMS致動器，包括沿著與 推桿12相同的操作軸(操作軸A)滑動的活動電極21和固定到基板11的固定電極22，並 且通過靜電力沿著操作軸A移動活動電極21。另外，在圖IOA和IOB中，為了簡便起見而省 略示出傳輸線15以及固定接觸電極141al和141a2。活動電極21和固定電極22的每一個都為梳齒狀電極，並且設置為彼此嚙合。活 動電極21和固定電極22例如如後所述形成。就是說，通過蝕刻和光刻技術進行三維加工 基板11而形成梳齒狀基材後，基材的表面以與固定接觸電極14al和14a2相同類型的堆疊 膜(金和鈦的堆疊膜)等覆蓋，由此形成活動電極21和固定電極22。活動電極21與推桿 12接合或一體地形成，並且推桿12與活動電極21的滑動操作一起滑動。在活動電極21和 固定電極22中，通過從電源(圖中沒有示出)施加電壓而產生電磁力作為驅動力，因此活 動電極21吸在固定電極22側。因此，在不施加電壓的off狀態下(圖10A)，當致動器20接收到閉合操作(轉換 到on狀態)的指令，並且驅動電壓施加在活動電極21和固定電極22之間時，活動電極21 和固定電極22之間產生電磁力。結果，活動電極21沿著操作軸A滑動以靠近固定電極22。 相應地，推桿12滑動，並且在觸點對IOd中形成接觸以處於on狀態(圖10B)。另外，在on 狀態下，當致動器20接收到開路操作(轉換到off狀態)的指令時，釋放了活動電極21和 固定電極22之間的電磁力，並且活動電極21沿著操作軸A滑動以不與固定電極22接觸。 相應地，推桿12滑動，並且觸點對IOd中的接觸取消，並且部件返回到圖10A所示的位置。這裡，儘管靜電致動器示例為致動器20，但是通過利用MEMS功能的其它驅動方法的致動器能夠應用於致動器20，例如，壓電式致動器、電磁致動器和雙金屬致動器 (bimetallic actuator)。應用示例圖11示出了裝備有本發明的接觸開關的通訊裝置(電子裝置)的模塊結構。通 訊裝置裝備有各實施例中所述的接觸開關作為發送/接收開關301，並且例如為可攜式電 話、信息可攜式終端(PDA)和無線LAN裝置。另外，發送/接收開關301形成在SoC的半導 體裝置中。該通訊裝置包括發送電路300A、接收電路300B、轉換發送路徑和接收路徑的發 送/接收開關301、高頻濾波器302以及發送/接收天線303。發送電路300A包括兩個數字/模擬轉換器(DAC) 3111和311Q以及兩個帶通濾 波器3121和312Q，對應於I頻道的傳輸數據和Q頻道的傳輸數據，還包括調解器320、傳 輸PLL (鎖相環路)電路313和功率放大器314。調解器320包括兩個緩衝放大器3211和 321Q以及兩個混頻器3221和322Q，對應於上述的兩個帶通濾波器3121和312Q，還包括移 相器323、加法器3M和緩衝放大器325。接收電路300B包括高頻部分330、帶通濾波器341和頻道選擇PLL電路342、中頻 電路350和帶通濾波器343、解調器360和中頻PLL電路344以及兩個帶通濾波器3451和 345Q與兩個模擬/數字轉換器(ADC) 3461和346Q，對應於I頻道的接收數據和Q頻道的接 收數據。高頻部分330包括低噪聲放大器331、緩衝放大器332和334以及混頻器333，並 且中頻電路350包括緩衝放大器351和353以及自動增益控制器(AGC)電路352。解調器 360包括緩衝放大器361、兩個混頻器3621和362Q以及兩個緩衝放大器3631和363Q，對應 於上述的兩個帶通濾波器3451和345Q，還包括移相器364。在該通訊裝置中，當I頻道的傳輸數據和Q頻道的傳輸數據輸入到發送電路300A 時，每個傳輸數據都由下面的程序處理。就是說，首先，傳輸數據在DAC 3111和311Q中轉 換成模擬信號，並且在傳輸信號帶之外的信號成分在帶通濾波器3121和312Q中從傳輸信 號去除後，所產生的傳輸信號提供到調解器320。接下來，在調解器320中，所產生的傳輸信 號通過緩衝放大器3211和321Q提供到混頻器3221和322Q，並且在對應於從傳輸PLL電 路313提供的傳輸頻率的頻率信號混合到所產生的傳輸信號且調製後，兩種混合信號在加 法器3M中加合，以獲得一個傳輸信號。此時，在提供給混合器3221的頻率信號中，信號相 位在移相器323中偏移90°，從而I頻道的信號和Q頻道的信號彼此垂直地調製。最後，該 信號通過緩衝放大器325提供到功率放大器314，從而放大該信號以具有預定的傳輸功率。 功率放大器314中放大的信號通過發送/接收開關301和高頻濾波器302提供到天線303， 並且該信號由此通過天線303而無線電傳輸。高頻濾波器302用作帶通濾波器，以從由通 訊裝置傳輸或者在通訊裝置中接收的信號去除高頻帶之外的信號成分。同樣，當來自天線303的信號通過高頻濾波器302和發送/接收開關301在接收 電路300B中接收時，該信號在下面的程序中處理。就是說，首先，接收信號由高頻部分330 中的低噪聲放大器331放大，並且在接收頻率帶之外的信號成分在帶通濾波器341中從放 大的接收信號去除後，所得到的接收信號通過緩衝放大器332提供到混頻器333。接下來， 從頻道選擇PPL電路342提供的頻率信號混合到所得到的接收信號，以從預定接收頻道的 信號獲得中頻信號，並且該中頻信號通過緩衝放大器334提供到中頻電路350。接下來，在 中頻電路350中，該中頻信號通過緩衝放大器351提供到帶通濾波器343，以從中頻信號中去除中頻信號的頻帶之外的信號成分，並且在所得到的信號在AGC電路352中形成為基本 恆定增益信號後，該增益信號通過緩衝放大器353提供到解調器360。接下來，在解調器360 中，在該信號通過緩衝放大器361提供到混頻器3621和362Q後，從中頻PLL電路344提供 的頻率信號混合成解調I頻道的信號成分和Q頻道的信號成分的信號。此時，在提供到混 頻器3621的頻率信號中，該信號相位在移相器364中偏移90°，從而彼此垂直調製的I頻 道的信號成分和Q頻道的信號成分被解調。最後，在I頻道的信號和Q頻道的信號之外的 信號成分分別通過將I頻道的信號和Q頻道的信號提供到帶通濾波器3451和345Q而從由 解調器360提供的中頻信號中去除後，所得到的信號提供到ADC 3461和346Q，並且轉換成 數字數據。因此，能夠獲得I頻道的接收數據和Q頻道的接收數據。該通訊裝置裝備有上述各實施例中描述的接觸開關作為發送/接收開關301，因 此通過在上述各實施例中描述的作用而具有良好的高頻特性。另外，在該通訊裝置中，描述了這樣的情況，上述實施例中描述的接觸開關應用於 發送/接收開關301(半導體器件)，但不限於此。例如，接觸開關可應用於發送電路300A和 接收電路300B中的混頻器322I、322Q、333、362I和362Q，帶通濾波器312I、312Q、341、343、 3541和345Q，或者高頻濾波器302。還是在此情況下，可以獲得與如上所述相同的效果。此前，儘管本發明已經通過實施例進行了描述，但是本發明不限於上述實施例，而 是可以進行各種修改。例如，每層的材料、厚度和膜形成方法等不限於各實施例中所述的那 些，而是也可以採用其他的材料、其他的厚度和其他的膜形成方法。在上述實施例中，儘管對接觸開關1以及Ia至Id的結構進行了具體的描述，但是 它不必包括所有的部件，並且還可以包括其他的部件。本申請包含2010年2月1日提交日本專利局的日本優先權專利申請 JP2010-020372中公開的相關主題，其全部內容通過引用結合於此。本領域的技術人員應當理解的是，在所附權利要求或其等同方案的範圍內，根據 設計需要和其他因素，可以進行各種修改、結合、部分結合和替換。
權利要求
1.一種接觸開關，包括多個第一觸點，並列設置在基板上；活動構件，包括面對所述多個第一觸點的多個梁，並且形成為在所述基板面內沿著所 述第一觸點的排列方向可滑動；以及多個第二觸點，分別提供在所述梁的與所述第一觸點相面對的面上。
2.根據權利要求1所述的接觸開關，其中所述活動構件包括沿著所述第一觸點的排列方向延伸的支撐體，並且 所述梁沿著所述基板面內與所述排列方向垂直的方向從所述支撐體突出。
3.根據權利要求2所述的接觸開關，其中，在所述活動構件中，所述梁的彈性模量設定 為小於所述支撐體的彈性模量。
4.根據權利要求1所述的接觸開關，其中 每個第一觸點都包括多個固定接觸電極，並且對於所述多個固定接觸電極，在所述活動構件的每個梁上設置作為所述第二觸點的活 動接觸電極。
5.根據權利要求1所述的接觸開關，其中 每個第一觸點都包括多個固定接觸電極，並且對於每個所述固定接觸電極，在所述活動構件的每個梁上設置作為所述第二觸點的活 動接觸電極。
6.根據權利要求5所述的接觸開關，其中所述基板包括在所述多個固定接觸電極之間的臺階，並且在所述梁的基底側的所述固定接觸電極和所述活動接觸電極之間的間隔寬於在所述 梁的端側的所述固定接觸電極和所述活動接觸電極之間的間隔。
7.根據權利要求2所述的接觸開關，其中 每個第一觸點包括多個固定接觸電極，對於每個所述固定接觸電極，設置作為所述第二觸點的活動接觸電極，並且 所述固定接觸電極、所述活動接觸電極和所述梁以所述支撐體的操作軸作為對稱軸而 軸對稱設置。
8.根據權利要求1所述的接觸開關，還包括 在所述基板上，信號線，電連接到所述多個第一觸點的每一個，以傳輸信號；以及 接地線，設置在各信號線之間。
9.根據權利要求1所述的接觸開關，還包括驅動部分，通過驅動所述活動構件來轉換 所述第一觸點和所述第二觸點到接觸狀態或非接觸狀態，其中所述驅動部分包括微機電系統致動器。
10.根據權利要求9所述的接觸開關，其中所述微機電系統致動器構造為橫向驅動的 靜電微機電系統致動器。
全文摘要
本發明提供一種接觸開關，該接觸開關包括多個第一觸點，並列設置在基板上；活動構件，包括面對該多個第一觸點的多個梁，並且形成為沿著該基板的表面內的該第一觸點的排列方向可滑動；以及多個第二觸點，分別提供在該梁的與該第一觸點相面對的面上。
文檔編號H01H59/00GK102142337SQ20111002645
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月25日 優先權日2010年2月1日
發明者池田浩一, 秋葉朗 申請人:索尼公司