专利名称：机电开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微机电系统开关(下文称为“MEMS”开关)，更具体而言，涉及一种具有低驱动电压的机电开关。
背景技术：
诸如HEMT开关、MESFET开关和采用GaAs衬底的PIN二极管开关的RF开关(射频和微波开关)目前成为了RF开关的主流。
但是，为了实现无线终端的更高性能和更低功耗，有人提出利用除了常规半导体元件之外还采用微机电元件的器件。
这种器件是一种适于用来通过静电力等驱动微电极，以及对电极之间的相对距离进行机械控制，由此执行信号的接通和断开操作的机电开关。在接通时，电极相互电接触。因此，电极之间的损耗极小，从而能够实现低损耗开关。
尤其是，安装在无线终端的前端部分的RF开关要求低损耗和低能耗。预期这种采用微机电元件的器件是一种有用的解决方法。
人们已经设计出了各种采用常规机电元件的开关。非专利文献1覆盖了大多数此类开关。
例如，非专利文献1中描述的采用RFMEMS(射频微机电系统)是由可动电极和固定电极构成的。当在可动电极和固定电极之间施加作为驱动控制电压的DC电压时，产生静电力。采用所述静电力作为驱动力将可动电极向固定电极牵拉。电极相互发生物理接触。从可动电极侧输入端子输入的输入信号被输出至固定电极侧输出端子，从而使信号得到耦合。
耦合信号的方法包括将金属与金属直接接触的方法和通过绝缘体使金属电容耦合的方法。两种方法均能实现低损耗耦合。
在将施加于电极之间的驱动控制电压改为0时，静电力被取消。可动电极利用弹簧力作为驱动力回到起始位置。
这时，可动电极和固定电极之间的距离充分大。因此，电极之间的电容值小。因而其间不产生电容耦合。能够屏蔽将要在电极之间耦合的信号。
因此，当电极之间的距离充分大时，能够充分确保其间的隔离。而且，损耗也极小。与采用常规半导体的RF开关相比，这种开关具有卓越的电特性。
而且，专利文献1已经提出了这种类型的MEMS开关。
专利文献1中描述的MEMS开关的目的在于减少响应时间和降低施加电压。这种开关具有以稍远的间隔排列的第一、第二和第三梁，以及适于向所述梁施加静电力的电压施加装置。将这种开关配置成通过静电力改变每一梁的位置和梁之间的电容。第一梁和第二梁二者均可以移动，使得梁能够以高速电耦合到一起。而且，为了使梁以高速转换方向(put off)，使在面对第二梁的第三梁上生成静电力，所述第三梁最初靠近第一梁和第二梁放置。因此，能够在第二梁和第三梁之间施加强静电力。因此，这种开关实现了更为高速的响应。
此外，在每一梁内提供相同弯曲造型部分。这能够缓和与梁的内应力的变化相对应的拉入(pull-in)电压的变化，也能缓和由梁应变引起的梁到梁电容的改变。
非专利文献1Gabriel M.Rebeiz，“RF MEMS THEORY，DESIGN，ANDTECHNOLOGY”，John Wiley & Sons，February 1，2003，p.122。
专利文献1JP-A-2004-111360(第5页和第6页，附图1和3到3)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题但是，非专利文献1中描述的MEMS要求强静电力，因为要利用静电力作为驱动力移动具有有限质量的可动电极。而且，所述MEMS开关具有这样的问题接通或断开MEMS开关所需的响应时间大于等于几十μs，其与采用常规半导体元件接通或断开开关所需的处于纳秒(ns)量级的响应时间相比极长。
例如，已发表的非专利文献1总结了每一种机电开关的驱动电压和响应时间。最小响应时间为4μs。
但是，要向其上施加40V或更高的极高电压(非专利文献1，p.16)。
在将MEMS开关用于无线通信终端的情况下，限制驱动电压，使得MEMS开关在几伏或更低的电压下工作。此外，在将MEMS开关应用于某些无线系统的情况下，例如，就一些无线LAN系统而言，要求MEMS开关在0.2μs的极短时间内接通或断开。就非专利文献1描述的例子而言，所需的响应时间为4μs左右。
这是由于，尽管除了限制无线通信系统的驱动电压的限制之外，有必要在电极之间设置大值距离以确保预期隔离，但是在其间的距离大时，响应时间必然长。
而且，在朝其固定电极拉入MEMS开关的可动电极时，采用静电力。但是，在从其拉开所述可动电极时，采用可动电极的弹簧力。为了使接通开关所需的响应时间与断开开关所需的响应时间均衡，必须将可动电极的弹簧力的量值设置为高于某一值的值。在提高起着驱动力作用的弹簧力的情况下，由于在朝固定电极拉入可动电极时，应当施加抵抗这一弹簧力的静电力，因此，不可避免地需要更高的驱动电压。
因此，非专利文献1中描述的MEMS开关存在驱动电压极高的问题。
而且，专利文献1所描述的例子经过修改使得所有的梁都是可动的，由此实现高速切换，以及实现低DC电势下的操作。但是，对能够进行高速切换，并且具有更低驱动电压的开关的要求越来越多。
本发明是在考虑上述情况的条件下实现的。本发明的目的在于提供一种能够在低驱动电压下实现高速切换的机电开关。
解决技术问题的方案为了达到上述目的，一种根据本发明的机电开关包括MEMS开关，所述MEMS开关包括第一机电开关，其适于根据至少第一梁的位移接通和断开，所述第一梁是可以通过相对弱的弹簧力回复的，此外，还包括第二机电开关，其适于根据至少第二梁的位移接通和断开，所述第二梁是可以通过相对强的弹簧力回复的。在初始条件下，所述第一机电开关断开，所述第二机电开关接通，在此条件下，所述机电开关处于断开状态。
凭借这一构造，第一机电开关以高速接通。而且，所述第二机电开关以高速断开。于是，能够提供一种机电开关，其能够在低电压下得到驱动，并以高速执行切换响应。
此外，这一机电开关执行机械切换操作，从而以低损耗确保高度隔离。
此外，根据本发明的机电开关还包括一种机电开关，其中，通过驱动力的施加和取消操作之一，使所述第一梁由初始条件发生位移，并且，其中，所述第一机电开关响应于所述第一机电开关的位移而接通，由此使所述机电开关进入接通状态。
凭借这一构造，能够以高速实现对机械切换的接通响应。
此外，根据本发明的机电开关还包括一种机电开关，其中，在所述第一机电开关和所述第二机电开关二者均接通的情况下，同时取消所述第一梁的位移和所述第二梁的位移，以执行回复操作，从而断开第二机电开关，由此使所述机电开关进入断开状态。
凭借这一构造，能够以高速实现对机械切换的断开响应。
此外，根据本发明的机电开关还包括一种机电开关，其中，通过断开所述第二机电开关，所述第二梁开始进行固有振动；并且，其中，在所述第二梁返回到所述第二机电开关断开时其所处的位移位置的附近的情况下，通过驱动力的施加和取消操作之一锁定所述第二梁。
凭借这一结构，能够通过执行低电压操作而锁定第二机电开关。
此外，根据本发明的机电开关还包括一种机电开关，其中，至少所述第一梁的位移和所述第二梁的位移之一是基于静电力的。
此外，根据本发明的机电开关还包括一种机电开关，其中，至少所述第一梁的位移和所述第二梁的位移之一是基于电磁力的。
此外，根据本发明的机电开关还包括一种机电开关，其中，至少所述第一梁的位移和所述第二梁的位移之一是基于压电效应的。
此外，根据本发明的机电开关还包括一种机电开关，其中，至少所述第一梁的位移和所述第二梁的位移之一是基于热膨胀的。
凭借这一构造，能够通过执行低电压操作使梁发生位移。
此外，根据本发明的机电开关还包括一种机电开关，其还包括公共固定电极，所述第一梁和所述第二梁通过空隙与之平行面对，并且其适于使得通过包括固定电极和第一梁构造第一机电开关，通过包括固定电极和第二梁构造第二机电开关。
凭借这一构造，能够将执行将第一梁电连接至固定电极的操作的速度调整至与执行将第二梁电连接至固定电极的操作的速度不同的值。因而，实现了双刀双掷切换。
此外，根据本发明的机电开关还包括一种机电开关，其中，根据所述第一梁和所述第二梁每者的固有振动的最大幅度提供到固定电极的空隙。
凭借这一构造，能够将第一机电开关的操作速度设为与第二机电开关不同的值。由此确保了隔离。
此外，根据本发明的机电开关还包括一种机电开关，只有当第一机电开关接通并且第二机电开关也接通时，所述机电开关才处于接通状态。
凭借这一构造，只有在第一梁从初始状态以高速发生位移时，接通第一机电开关，才能接通所述机电开关。因此，能够实现高速接通响应。
此外，本发明的机电开关还包括一种机电开关，所述机电开关经修改，使得所述第一梁和所述第二梁相互平行布置，与所述第一梁和所述第二梁平行布置第三梁，所述第三梁能够通过相对弱于所述第二梁的弹簧力回复，通过包括第一梁和第二梁构造第一机电开关，通过包括第二梁和第三梁构造第二机电开关。
凭借这一构造，第二机电开关的第二梁以高速发生位移。因此，能够以高速执行接通/断开操作。
此外，根据本发明的机电开关还包括一种机电开关，其中，根据所述第二梁的固有振动的最大幅度形成所述第二梁与所述第一梁和所述第三梁每者之间的空隙。
凭借这一构造，能够通过设置第二梁的固有频率实现高速响应。
此外，本发明的机电开关还包括一种机电开关，通过构造所述机电开关，使得第三梁的位移基于静电力。
凭借这一构造，能够通过执行低电压操作使第三梁发生位移。
此外，本发明的机电开关还包括一种机电开关，通过构造所述机电开关，使得第三梁的位移基于电磁力。
凭借这一构造，除了上述优点以外，本发明还具有能够提供不依赖于位移位置(或缝隙)的线性变化的优点。这是因为，由于电磁力不依赖于距离，而就静电力引起的变化而言，所述缝隙仅有(1/3)左右在拉入现象的影响下产生线性变化。
此外，本发明的机电开关还包括一种机电开关，通过构造所述机电开关，使得第三梁的位移基于压电效应。
凭借这一构造，除了上述优点之外，本发明还具有促进双向位移的优点。
此外，本发明的机电开关还包括一种机电开关，通过构造所述机电开关，使得第三梁的位移基于热膨胀。
凭借这一构造，除了上述优点之外，本发明还具有能够确保更强的接触力的优点。
此外，本发明的机电开关还包括一种机电开关，其中，所述梁包括压电元件、形状记忆合金、双压电晶片元件和电磁畸变元件之一，或者其中，多个梁包括这些元件的组合。
凭借这一构造，所述梁每者都以低功率操作。因此，能够降低工作电压。
此外，本发明的机电开关还包括一种机电开关，通过对所述机电开关的构造，使得在所述第一梁、所述第二梁和所述第三梁的位移全都被取消的情况下，在通过机械探头使所述第二梁更加接近所述第三梁的同时，通过驱动力的施加和取消操作之一使所述第三梁发生位移，由此锁定所述第二梁。
凭借这一构造，使所述第二梁发生位移，并且更加接近第三梁。因此，能够在低功率下操作第三梁。
此外，根据本发明的机电开关还包括一种机电开关，其中，将所述第一机电开关和所述第二机电开关置于气压不同于大气压力的环境中或者填充了干氦的环境中。
凭借这一构造，降低了空气等对高速操作的梁的影响。因此，能够降低阻尼效应。
此外，根据本发明的机电开关还包括一种机电开关，其中，所述第二机电开关仅断开所述第一机电开关获得预定隔离所需的时间。
凭借这一构造，能够确保高度隔离。而且，还能够确保实现断开操作。
此外，本发明的机电开关还包括一种机电开关，通过对所述机电开关的修改，使得所述第二梁的固有振动的周期等于所述第一梁达到所述第一梁获得足够隔离所处的位置所需的时间。
此外，本发明的机电开关还包括一种机电开关，通过对所述机电开关的修改，使得在所述第一机电开关接通，并将信号状态由通过状态切换为屏蔽状态的情况下，所述第二梁达到所述第二梁获得必要隔离所处的位置，直到所述第一梁到达所述第一梁获得预定隔离所需的位置，而所述第二梁则再次回到最初的锁定状态。
凭借这一构造，以高速操作的第二梁确保了隔离。而且，在以相对低的速度操作的第一梁确保了隔离之后，能够锁定第二梁。
此外，根据本发明的机电开关还包括一种机电开关，其还包括第一较低弹簧可动电极、较高弹簧可动电极和第二较低弹簧可动电极，它们平行布置，使得第一较低弹簧可动电极包括第一梁，较高弹簧可动电极包括第二梁，第二较低弹簧可动电极包括第三梁，第一机电开关具有包括第一梁的第一较低弹簧可动电极，还具有面对第一梁布置的第一固定电极，第三机电开关具有包括第三梁的第二较低弹簧可动电极，还具有面对第二梁布置的第三固定电极，第二机电开关具有包括第二梁的较高弹簧可动电极，还具有从第一固定电极延伸以面对较高弹簧可动电极的第一区域，以及从第二固定电极延伸以面对较高弹簧可动电极的第二区域，第一梁和第二梁通过连接部分相互机械连接。
而且，本发明的机电开关还包括一种机电开关，经过对所述机电开关的修改，使得所述第二梁连接至输入端子，所述第一梁和所述第二梁分别连接至第一输出端子和第二输出端子。
凭借这些构造，第三梁响应第一梁和第二梁每者的位移而发生位移。因此，即使在第一较低弹簧可动电极在某种故障的影响下而被第一固定电极锁定的情况下，本发明也能够防止产生具有强弹簧力的较高弹簧可动电极不能被拉入而最终处于中间位置的状态，即，第一和第二较低弹簧可动电极和较高弹簧可动电极全都处于断开状态的状态。
本发明的优点在根据本发明的机电开关中，高速接通第一机电开关，所述第一机电开关能够通过低电压驱动而工作。以高速关闭第二机电开关，所述第二机电开关能够在低电压下被锁定。因此，本发明具有如下优点机电开关能够在低驱动电压下工作，并且根据第一机电开关和第二机电开关的组合高速接通和断开。
图1是说明根据第一实施例的机电开关的单位元件的构造的外视图。
图2是说明第一实施例的第一机电开关和第二机电开关每者的基本部分的构造的局部横截面图。
图3是沿图2的A-A线得到的横截面图。
图4是说明根据本发明的机电开关的等效电路的电路图。
图5是纵轴表示第一可动电极相对于固定电极的位置，横轴表示时间的曲线图。
图6是说明在第一可动电极和固定电极相互接触的位置处将驱动控制电压设置为断开的情况下，第一可动电极所处的位置处的瞬态响应的曲线图。
图7是说明第二机电开关的第二可动电极所处的位置处的瞬态响应的曲线图。
图8是说明在说明第二可动电极所处的位置处的瞬变响应的图7中示出的对应于小于等于1μs的时间的行为的放大曲线图。
图9是说明根据第一实施例的机电开关的接通状态和断开状态的图示，其包括分别说明断开状态和接通状态的(a)和(b)，每种状态均以等效电路表示。
图10是说明第一机电开关的可动电极所处的位置处的瞬态响应以及第二机电开关的可动电极所处的位置处的瞬态响应的曲线图。
图11是以等效电路说明每一时刻下第一机电开关和第二机电开关的状态图示，其包括分别说明对应于时刻0、t1、t2和t3的状态(a)、(b)、(c)和(d)。
图12是说明每一平行板型电极和篦齿(pectinate)型电极的结构的图示。
图13是机电开关的示意图，在所述机电开关中，可动电极沿水平方向操作。
图14是硅衬底的外视图，在所述硅衬底中形成机电开关的单元元件。
图15是密封盖玻璃的外视图。
图16是沿图14所示的B-B线得到的横截面图，其说明了根据第一实施例的机电开关制造工艺的每一步骤。
图17是说明第二实施例的实例的构造的示意图。
图18是说明第二实施例中第二可动电极的位移的曲线图。
图19是说明根据第三实施例的机电开关的示意图。
图20是说明第三实施例的操作的解释图。
图21是说明第三实施例的操作的解释图。
附图标记说明1，40，70，200 机电开关2 硅衬底
3 密封盖玻璃4，211 第一电极端子5，212 第二电极端子6，213 第三电极端子7，214 第四电极端子8，215 第五电极端子9，216 第六电极端子10 机电开关主体12，72，201 第一锚件13，73，203 第二锚件14，74，202 第一可动电极16，76，204 第二可动电极18，62，66，78 固定电极22 第一机电开关24 第二机电开关31，32 曲线60 平行板型64，68 可动电极69 篦齿型82 第一凹形部分84 第二凹形部分86 第三凹形部分88 第四凹形部分92，94，96 突出部分102 牺牲层104 抗蚀剂层206 第二可动电极具体实施方式
将根据本发明的机电开关放置在降低的压力之下或氦气气氛下作为环境，其中减弱了空气等的粘滞性的阻尼效应。根据本发明的机电开关由第一机电开关和第二机电开关构成，在第一机电开关中，以高速将具有弱弹簧力的可动电极朝固定电极拉入，在第二机电开关中，将具有强弹簧力的可动电极拉离固定电极。在静止状态下，只能通过接通或断开第一机电开关切换信号。
此外，为了使第一机电开关在信号受到屏蔽时产生的瞬时状态下获得足够的隔离，第一机电开关要确保在电极被拉开足够距离所用的时间内建立隔离。通过以高速使第二机电开关进入断开状态确保瞬时状态下的隔离。
而且，通过对第二机电开关的修改使得，尽管仅在瞬间就拉开了可动电极，但是，在强弹簧力和弱阻尼效应的作用下，可动电极产生固有振动，并且由此使可动电极回到起始位置附近。因此，能够在微小电压下锁定(latch)具有强弹簧力的第二机电开关。
因此，作为采用微机电元件的根据本发明的机电开关能够通过将第一机电开关与第二机电开关结合实现在低驱动电压下以高速接通/断开信号，所述第一机电开关采用具有弱弹簧力的电极，并被以高速拉入，以低速复位，第二机电开关采用具有强弹簧力的电极，其从止动销(latch)被释放，并被立即锁定。
在下文中，将详细描述根据本发明的机电开关的优选实施例。在附图中，采用相同的附图标记表示基本相同或相应的部件。
(第一实施例)图1是说明根据第一实施例的机电开关的单位元件的构造的外视图。
图2是说明第一实施例的第一机电开关和第二机电开关每者的基本部分的构造的局部横截面图。
如图1和图2所示，根据第一实施例的机电开关1具有形成于硅衬底2上并被密封盖玻璃3覆盖的机电开关主体10，此外还具有起着输入/输出端子作用的第一电极端子4、第二电极端子5、第三电极端子6、第四电极端子7、第五电极端子8和第六电极端子9。
如图2所示，机电开关主体10具有第一可动电极14和第二可动电极16，每一可动电极的两端都放置并固定到形成于硅衬底2上的第一锚件12和第二锚件13上，机电开关主体10还具有跨越预定空隙面对第一可动电极14和第二可动电极16形成的固定电极18。
在第一实施例中，将第一可动电极14和第二可动电极16均构造成在板(inboard)梁。将第一可动电极14和第二可动电极16构造成，第一可动电极14具有相对弱的弹簧力，第二可动电极16具有相对强的弹簧力(springforce)。
将第一机电开关22构造为包括第一可动电极14和固定电极18。将第二机电开关24构造为包括第二可动电极16和固定电极18。这些机电开关彼此串联。
第一可动电极14和第二可动电极16采用根据外加电压产生的静电力和这些可动电极自身的弹簧力进行固有振动。确保尺寸大于等于固有振动的最大幅度的空隙。
为了降低阻尼效应，以干氦填充这一空隙。或者，使所述空隙保持真空。
顺便提及，第一可动电极14的输入/输出端子是第一电极端子4和第五电极端子8。第二可动电极16的输入/输出端子是第二电极端子5和第四电极端子7。固定电极18的输入/输出端子是第三电极端子6和第六电极端子9。
例如，在采用第五电极端子8作为信号输入端子的情况下，第二电极端子5和第四电极端子7为信号输出端子。
此外，可以将用于向固定电极与第一可动电极14和第二可动电极16每者之间施加静电力的控制电压源连接至每一电极端子。
图3是沿图2的A-A线得到的横断面图。
如图2和图3所示，将第一可动电极14和第二可动电极16的长度L1和L2(未示出)设置为400μm的相同长度L。将宽度w1和w2分别设置为2.5μm和5μm。厚度D1和D2为0.4μm的相同厚度。将固定电极18和电极14之间的缝隙g1以及固定电极18和电极16之间的缝隙g2分别设置为0.2μm和1.5μm。
图4是说明根据本发明的机电开关的等效电路的电路图。
如图4所示，根据本发明的机电开关40具有第一机电开关22和第二机电开关24。在初始条件下，第一机电开关22处于断开状态，第二机电开关24处于接通状态。在初始条件下，机电开关40断开。
也就是说，在初始条件下，向第二可动电极16施加驱动控制电压。第二可动电极16通过静电力电连接至固定电极18。但是，不向第一可动电极14施加驱动控制电压。
接下来，将在下文中描述根据第一实施例的机电开关的操作。
参考图2和图4，当在初始条件下向第一可动电极14施加驱动控制电压时，静电力以高速操作具有弹簧力的第一可动电极14，第一可动电极14被朝固定电极18拉入，并与之电连接。由此，使第一机电开关22进入接通状态，从而接通机电开关40。
在取消施加到第一可动电极14和第二可动电极16的驱动控制电压时，每一可动电极的弹簧力将第一可动电极14和第二可动电极16拉离固定电极18。首先，使第二机电开关24进入断开状态，从而断开机电开关40。
这时，具有强弹簧回复力的第二可动电极16以比具有弱弹簧回复力的第一可动电极14的速度更高的速度操作，其脱离固定电极18并开始进行固有振动。
在当这一振动的第二可动电极16回归到固定电极16的附近时，向其上施加驱动控制电压的情况下，通过静电力将第二可动电极16朝固定电极18锁定。在这一过程中，第一可动电极15充分远离固定电极18，因此第一机电开关22处于断开状态。即使在锁定第二可动电极16时，机电开关40仍然保持断开，因而第二机电开关24处于接通状态。
因此，根据第一实施例的机电开关能够根据以高速进入接通状态的第一机电开关和以高速进入断开状态的第二机电开关的组合，以高速执行接通和断开响应。
接下来，将在下文中通过举例的方式详细说明在采用板内梁作为第一实施例的说明中描述的可动电极的情况下机电开关的操作。
在可动电极是由板内梁构成的情况下，与第一实施例中一样，通过方程(1)表示可动电极的弹簧常数k。
k＝Ew(D/L)3+8σ(1-υ)w(D/L)…(1)顺便提及，E表示杨氏模量，w表示可动电极的线宽。D表示可动电极的厚度。L表示可动电极的长度，σ表示内应力，υ表示泊松比。
由方程(1)显然可以看到，能够通过改变可动电极的形状、材料和物理性质而改变弹簧常数k。
接下来，通过下面的方程(2)给出了在向可动电极施加了外力F的情况下的运动方程。
md2Z(t)/dt2+b(1.2-Z(t)/g)-3/2Z(t)+kZ(t)＝F…(2)顺便提及，Z(t)表示可动电极在时刻t相对于固定电极的位置，m表示可动电极的质量，b表示阻尼系数，g表示电极之间的距离的初始值，k表示可动电极的弹簧常数。
在第一机电开关22中，第一可动电极14的弹簧力极弱。将第一可动电极14设计为响应微小驱动力。因此，在拉入第一可动电极14时，即使驱动力很小，也能够以高速响应驱动力而拉入第一可动电极14。
例如，在采用铝(内应力微50MPa，杨氏模量为70GPa，泊松比为0.25，密度为2.69kg/m3)作为第一可动电极14的材料，其中，表示其形状的数据，即宽度w1为2.5μm，厚度D为0.4μm，长度L为500μm，并且电极之间的缝隙g1为0.2μm的情况下，在向其上施加8V的电压时，第一可动电极在0.2μs内被朝向固定电极18拉入。
将图5绘制为，横轴表示时间，纵轴表示通过解运动方程(2)得到的第一可动电极相对于固定电极的位置。因此，图5示出了在0时刻向其上施加驱动电压的情况下，第一可动电极的位置变化的瞬时现象。在电极的位置为0的情况下，这一位置表示固定电极18和第一可动电极14相互接触的部位。
从图5可以看到，第一可动电极14在0.2μs内被朝固定电极18拉入并与之接触。
这时，在使起着纤薄结构作用的第一可动电极14以高速执行操作时，在诸如环境空气的流体的影响下，所述操作变得复杂。因此，流体的影响是不可忽略的。
因此，为了缓解这种阻尼效应，在开关之内形成封闭空间，在所述封闭空间内形成梁等，使得开关内的阻尼效应的量值是大气空气的阻尼效应的(1/25)。
接下来，将在下文中描述第一机电开关的断开操作。
由方程(2)显然可以看到，在断开控制电压以取消驱动力时，采用其弹簧力作为驱动力使第一可动电极回到起始位置。但是，由于所述弹簧力弱，因此，就接通开关而言响应时间较长。
图6是说明在第一可动电极和固定电极相互接触的位置处将驱动控制电压设置为断开的情况下，第一可动电极所处的位置处的瞬态响应的曲线图。
如图6所示，当在第一可动电极14和固定电极18相互接触的位置，在0时刻取消静电力时，采用第一可动电极14的弹簧力作为回复力，使第一可动电极14在1.6μs(大约2μs)内返回到具有0.2μm的值的起始位置。因此，其证明，在断开操作的情况下返回到那里所需的响应时间是接通操作的情况下返回到初始位置所需的0.2μs的响应时间的10倍。
因此，尽管只采用第一机电开关22就能够实现高速接通操作，但是，难以实现高速断开操作。
接下来，将在下文中描述第二机电开关24的结构及其操作。
构造第二机电开关的第二可动电极16，使其弹簧力极强。在以和第一机电开关22相同的形状形成第二机电开关24的情况下，建议增大电极之间的缝隙g2。或者，建议根据方程(1)构造所述可动电极，以提高弹簧常数。
例如，采用铝(内应力为50MPa，杨氏模量为70GPa，泊松比为0.25，密度为2.69kg/m3)作为第二可动电极的材料。而且，可以将第二可动电极构造为具有这样的形状，使得宽度w2为2.5μm，厚度D为0.4μm，长度L为500μm，电极之间的缝隙g2为1.5μm。
图7和图8示出了在不施加外力的情况下(未锁定第二可动电极)，在第二可动电极和固定电极相互接触的位置取消控制电压时，第二机电开关的第二可动电极的位置的瞬态响应。顺便提及，图8放大显示了图7所示的对应于小于等于1μs的时间的行为。
凭借第二机电开关的这种构造，所述第二可动电极的弹簧力强于第一机电开关的第一可动电极的弹簧力。而且，第二可动电极的阻尼力弱于第一机电开关的第一可动电极的阻尼力。因此，如图7所示，在第二可动电极以固有频率振动的同时，第二可动电极从固定电极的位置处改变了位置。
如图8所示，在0.2μs内，第二可动电极的位置到达了0.16μm(大约0.2μm)。此外，如图7所示，第二可动电极在1μs内经过了1.5μm的起始位置。之后，该电极并在1.5μs内到达了3μm的最大位移位置。接下来，该电极在2.5μs内回到对应于0位移的位置附近。
因此，建立了抑制第二可动电极的阻尼的环境。因此，该电极的位置逐渐收敛至对应于1.5μm的位置。
接下来，将在下文中详细描述作为第一机电开关和第二机电开关的组合的根据本发明的机电开关的切换操作。
首先，将在下文中描述将根据本发明的机电开关从断开状态变为接通状态的操作。
图9是说明机电开关的接通状态和断开状态的图示，每种状态均以等效电路示出。
如图9(a)所示，在根据本发明的机电开关的断开状态下，第一机电开关22处于断开状态，第二机电开关24处于接通状态。
也就是说，不向第一机电开关22施加控制电压。向第二机电开关24施加控制电压。因此，第二可动电极被锁定至固定电极。
在向处于这一状态下的第一机电开关22施加驱动控制电压后，将第一可动电极朝固定电极拉入。之后，使第一可动电极和固定电极相互接触，并相互电连接。从而，如图9(b)所示，使机电开关处于接通状态。这时，如上所述，在0.2μs内高速拉入第一机电开关的第一可动电极。因此，信号在0.2μs内得到了传输。
如图9的(a)和(b)所示，第二机电开关24始终保持其上施加了驱动控制电压的状态，即将第一机电开关22从断开状态变为接通状态的瞬时状态中的接通状态。
接下来，将在下文中描述将根据本发明的机电开关从接通状态变为断开状态的操作。
图10示出了第一机电开关和第二机电开关二者的可动电极的位置。曲线31表示第一机电开关的可动电极的位置。曲线32表示第二机电开关的可动电极的位置。
图11的(a)到(d)中的等效电路示出了每一时刻第一机电开关和第二机电开关的状态。
在根据本发明的机电开关的接通状态下，第一机电开关和第二机电开关二者均处于接通状态下，即，可动电极与固定电极接触，因而可动电极的位置值为0。向第一机电开关和第二机电开关二者施加驱动控制电压。
在将0时刻施加至第一机电开关22和第二机电开关24的驱动控制电压设置为0时，如图10所示，在t1时刻(大约0.25μs)，第二机电开关的第二可动电极的位置为0.2μm。因此，能够单独通过第二机电开关24确保隔离。而且，本发明的机电开关以高速操作，然后进入断开状态。
在t2时刻(大约2μs)，第二机电开关24的第二可动电极的位置接近起始位置，即1.5μm，而第一机电开关22的第一可动电极则抵达0.2μm的位置。因此，仅通过第一机电开关22就能够确保充分隔离。
在t3时刻(大约2.5μs)，第二机电开关24的第二可动电极回到锁定位置，即，对应于0位移的位置附近。
在这一t3时刻，第一机电开关22已经单独确保了隔离。因此，即使在在这种状态下向第二机电开关24施加驱动控制电压由此锁定第二可动电极的情况下，根据本发明的整个机电开关也充分确保了高频率信号的隔离。
执行这一锁定所需的控制电压可以是微小电压，因为返回的第二可动电极和固定电极之间的缝隙小。
因此，根据本发明，能够通过将第一机电开关与第二机电开关结合实现具有高速响应特性的机电开关。
根据第一实施例，如图12(a)所示，固定电极62和可动电极64为平行板型电极64。但是，如图12(b)所示，固定电极66和可动电极68可以是篦齿型电极69。
可以通过在可动电极和固定电极相面对的一个或两个表面上形成介电物质而将所述机电开关配置为电容型开关。
而且，尽管引用了Al作为可动电极的材料，但是，也可以采用除了Al以外的其他金属材料，例如，Mo、Ti、Au和Cu。或者，可以采用导电材料。
而且，可以采用通过在板状硅材料的表面上淀积具有纳米级尺寸的金属部分而构造的梁结构作为可动电极。而且，可以利用压电元件、形状记忆合金、电磁畸变元件和利用双压电晶片效应的双压电晶片元件作为可动电极。
尽管在采用平行板型和篦齿型电极的情况下将可动电极朝形成于衬底上的固定电极拉入，但是，可以将可动电极构造为相对于衬底水平操作。
接下来，将在下文中描述本发明的第一实施例的变型。图13是机电开关的示意图，在所述机电开关中，可动电极沿水平方向操作。
如图13所示，机电开关70具有第一可动电极74和第二可动电极76，每一电极的两端放置并固定在形成于硅衬底2上的第一锚件72和第二锚件73上，机电开关70还具有形成于这些可动电极之间并且比每一可动电极都厚的固定电极78。第一可动电极74和第二可动电极76平行于固定电极78形成，从而在固定电极和每一可动电极之间提供预定缝隙。
第一可动电极74和固定电极78之间的缝隙具有等于执行固有振动的第一可动电极74的最大幅度的宽度。第二可动电极76和固定电极78之间的缝隙具有等于执行固有振动的第一可动电极76的最大幅度的宽度。这些缝隙彼此不同。
通过包括第一可动电极74和固定电极78构造第一机电开关。通过包括第二可动电极76和固定电极78构造第二机电开关。
例如，对第一可动电极14构形(shape)，使得厚度为2.5μm，宽度为0.4μm，长度为500μm，第一可动电极14和固定电极之间的缝隙为0.2μm。对第二可动电极76构形(shape)，使得厚度为5μm，宽度为0.4μm，长度为500μm，第一可动电极14和固定电极之间的缝隙为1.5μm。采用这种方式对可动电极构形，使得所述变型具有与第一实施例类似的优点。
顺便提及，以相同的附图标记表示与图2中所示的相同的部件。
在具有这一构造的机电开关70中，第一可动电极74和第二可动电极76相对于衬底水平操作。
在可动电极相对于衬底水平操作的情况下，能够容易地形成第一机电开关和固定电极之间的缝隙以及第二机电开关和固定电极之间缝隙，使得这些缝隙彼此不同。其余操作与第一实施例类似。
上述机电开关未必一定要由静电力驱动。例如，可以采用电磁力、利用热源获得的热量以及压电元件来驱动机电开关。
可以采用上述机电开关作为要求执行高速切换的无线LAN等的天线分集(antenna diversity)DPDT(双刀双掷)开关。
接下来，将在下文中描述根据第一实施例的机电开关的制造方法。
图14是硅衬底的外视图，在所述硅衬底中形成机电开关的单元元件。
通过向其上涂覆抗蚀剂膜，之后对具有预定掩模图案的衬底曝光，接下来再进行显影/蚀刻，由此去掉抗蚀剂膜而形成具有预定形状的图14所示的硅衬底2。
在硅衬底2中，采用一对第一凹形部分82固定和放置第一可动电极，采用一对第二凹形部分84固定和放置第二可动电极16，采用一对第三凹形部份86从其内取出固定电极，采用一对第四凹形部份88形成固定电极18。
图15是密封盖玻璃的外视图。
密封盖玻璃3的形状类似平板，其具有成对的突起部分92、94和96，其分别对应于在硅衬底2上设置的第一凹形部分82、第二凹形部分84和第三凹形部分86。
包括图示(a)到(e)的图16是说明这一机电开关的制造过程的示意图。图16(a)是沿图14的B-B线得到的横截面图。其余的每一图示都是说明这一机电开关的同一截面的横截面图。
首先，通过真空蒸镀或溅射在硅衬底2上淀积Al层。之后，向其上涂覆具有预定图案的抗蚀剂膜。接下来，采用这一抗蚀剂膜作为掩模对Al层进行湿法蚀刻或干法蚀刻。由此形成了固定电极18、第三电极端子6和第六电极端子9(参见图2和图16(b))。
接下来，由抗蚀剂形成牺牲层102(参见图16(c))。之后，通过溅射在这一牺牲层上淀积Al层。此后，采用具有预定图案的抗蚀剂膜104作为掩模，通过ECR等离子体对Al层进行干法蚀刻。由此形成了第一可动电极14和第二可动电极16(参见图16(d))。
之后，通过等离子体灰化去除抗蚀剂膜104和牺牲层102。由此形成了第一可动电极14和第二可动电极16的每一个的梁结构。在降压设备或氦填充设备中，采用密封盖玻璃3的突起部分实现硅衬底2与密封盖玻璃3的对准。接下来，将密封盖玻璃3和硅衬底2彼此阳极连接(参见图16(e))。
由此能够形成诸如第一可动电极14和第二可动电极16的薄膜状梁结构。而且，能够制作出这样的一种机电开关，其中，围绕每一适于执行高速操作的可动电极的空隙内进行了压降处理或填充了干氦。
第二实施例接下来，将在下文中描述第二实施例。
图17是说明第二实施例的实例的构造的示意图。
对机电开关的结构和材料不存在限制。只要通过设定可动电极的形状和材料而获得对应于可动电极的固有振动的、小于等于预期值的机电开关的响应时间，就可以采用所设定的形状和材料。在第二实施例中，实施弹簧力的相对变化。
如图17所示，根据第二实施例的机电开关200具有第一可动电极202、第二可动电极204和第三可动电极206，每一可动电极的两端被放置并固定到形成于硅衬底2上的第一锚件201和第二锚件203上。所形成的可动电极彼此面对，相互平行延伸，并且具有设置于相邻可动电极之间的预定缝隙。将可动电极构造成在板梁，所述可动电极分别具有不同的弹簧力。形成第二可动电极203，使得第二可动电极203的弹簧力强于第一可动电极202和第三可动电极206的弹簧力。构造第一可动电极202和第三可动电极206，使得第一可动电极202的弹簧力与第三可动电极206的弹簧力相等或不同。
就图17所示的例子而言，机电开关具有起着信号输入端子作用的第二电极端子212，还具有起着信号输出端子作用的第四电极端子214和第六电极端子216。由此，能够将这一机电开关构造为SPDT(单刀双掷)开关。
此外，在第一可动电极202的末端形成第一电极端子211和第六电极端子216。在第二可动电极204的末端形成第二电极端子212和第五电极端子215。在第三可动电极206的末端形成第三电极端子213和第四电极端子214。可以将每一电极端子连接至适于向彼此面对的可动电极之间施加静电力的控制电压源。
在图17所示的机电开关200中，通过包括第一可动电极202和第二可动电极204构造第一机电开关。通过包括第二可动电极204和第三可动电极206构造第二机电开关。
顺便提及，尽管未示出，但是机电开关200被密封盖玻璃所覆盖。通过填充干氦或处于降低的压力下来维护机电开关200的内部。
而且，通过构造机电开关使得与可以和第一可动电极202和第三可动电极206电连接的第二可动电极204的固有频率相对应的响应时间小于等于预期响应时间。因而，能够在预定响应时间内使可动电极发生位移。
例如，在预期的响应时间为0.2μs的情况下，固有频率应当小于等于5MHz。
更具体而言，可以采用方程(1)和(2)将固有频率设置为小于等于5MHz的值，例如，在采用铝(内应力为50MPa，杨氏模量为70GPa，泊松比为0.25，密度为2.69kg/m3)作为可动电极的材料，以及表示其形状的数据，即，宽度w为1μm，厚度D为10μm，长度L为50μm的情况下，固有频率为5MHz。此外，将可动电极之间的空隙设置为2.4μm。
基本上，使第二可动电极204保持在这样的状态下，即，在初始条件下第二可动电极204始终与第一可动电极202和第三可动电极206中的一个电连接。也就是说，在机电开关200中，第一机电开关和第二机电开关中的一个处于接通状态，另一个机电开关就保持断开状态。
在图17所示的例子中，向第三可动电极206施加驱动控制电压。通过静电力使第二可动电极204和第三可动电极206相互接触，或相互电容耦合。这时，不向第二可动电极204和第一可动电极202施加驱动控制电压。
图18是说明第二可动电极的位移的曲线图。
在图17所示的初始条件下，将施加到第三可动电极206的驱动控制电压设置为0，由此释放静电力，在这种情况下，第二可动电极204在第一可动电极202和第三可动电极206之间通过其回复力以固有频率振荡，如图18所示。这时，降低阻尼效应。因此，开关内的阻尼效应的量值是大气空气中的阻尼效应的量值的(1/25)。
接下来，将在下文中描述第二实施例的切换操作。
此时，在向第三可动电极214施加驱动控制电压，以及第二可动电极204和第三可动电极214相互接触的状态下，通过同时将施加至第三可动电极214的驱动控制电压设置为0而在时刻0向第一可动电极202施加驱动控制电压。
这时，第二可动电极204通过强弹簧力向第一可动电极202高速移动。此外，具有相对弱的弹簧力的第一可动电极202在作用于第一可动电极202和第二可动电极204之间的静电力的影响下，对此产生响应。之后，第一可动电极202更加接近第二可动电极204并将其锁定。这时，3V的驱动控制电压足以让第一可动电极202将第二可动电极204锁定。
根据具有这种构造的机电开关，即使在低驱动电压下，也能够实现高速切换操作。
同时，在由于某些原因而不向其上施加驱动控制电压时，第二可动电极204就不会由第一可动电极202或是由第三可动电极206锁定。由此，能够使第二可动电极204处于其位移量为0的状态。
在第二可动电极处于其位移量为0的状态下，需要相当大的驱动控制电压来通过向其上施加静电力而将第二可动电极204拉向第一可动电极202或第三可动电极206。就上述可动电极而言，必需向其上施加44V电压。
因此，为了使第一机电开关和第二机电开关之一处于接通状态，第二可动电极适于采用另一驱动装置而不是通过由施加于可动电极之间的电压产生的静电力拉入。
例如，可以采用通过向其上施加电压而产生形变的结构元件自身作为驱动装置，例如压电元件、形状记忆合金、双压电晶片元件和电磁畸变元件。
例如，可以提供适于通过向其上施加初始电压而形变的第二可动元件，而不是第二可动电极204。当这一第二可动元件更加接近第三可动电极206时，可以向第三可动电极206施加驱动控制电压，由此采用静电力锁定第二可动元件。此后，可以取消向第二可动元件施加的电压。
或者，可以利用机械探头(mechanical probe)将第二可动电极204朝向第一可动电极202或第三可动电极206拉入。在拉入这一第二可动电极204时，向第一可动电极202或第三可动电极206施加驱动控制电压。
凭借这一构造，能够将施加至第一可动电极202和第三可动电极206的驱动电压降至低电压。能够提供具有高速开关特性的机电开关。
第三实施例接下来，将在下文中描述本发明的第三实施例。图19是说明根据本发明的第三实施例的机电开关的顶视图。与第一实施例类似，根据第三实施例的机电开关包括具有不同弹簧力的多个开关。第三实施例防止产生这样的缺陷即使在第一可动电极出于某些故障被固定电极锁定的情况下，也无法拉入处于断开状态的具有强弹簧力的第二可动电极；以及第二可动电极最终处于中间位置，从而使第一可动电极和第二可动电极均处于断开状态，这与第一实施例类似。
也就是说，即使在某些故障的作用下，未从外部向其上施加将第一可动电极锁定至固定电极所需的电压时，第一可动电极和第二可动电极的每一个也会通过自由振动到达中间位置，从而使第一可动电极和第二可动电极均处于断开状态。
这时，由于第二可动电极具有强弹簧力，因此，需要高拉入电压拉入处于断开状态的电极，并锁定所述电极。
第三实施例提供了防止产生上述问题的下述结构。
这一开关包括输入端子303和两个输出端子301和302，如示出了这一开关的示意构造的图19所示。
将输入端子303连接至较高弹簧可动电极306。将输出端子301和302分别连接至第一较低弹簧可动电极304和第二较低弹簧可动电极305。较高弹簧可动电极与第一和第二较低弹簧可动电极的弹簧力的相对量值彼此不同。与第一实施例类似，可以根据弹簧的形状、材料特性和缝隙控制弹簧常数。通过支柱部分310将可动电极304到306固定至衬底。而且，通过连接部分307将第一较低弹簧可动电极304和较高弹簧可动电极306相互机械连接。类似地，通过连接部分307将较高弹簧可动电极306和第二较低弹簧可动电极相互机械连接。此外，在第一较低弹簧可动电极沿衬底方向发生位移时所接触的区域内以及较高弹簧可动电极306沿衬底方向发生位移时所局部接触的另一区域内形成第一固定电极308。
连接部分307的弹簧力小于第一和第二较低弹簧可动电极的弹簧力，并且连接部分307由绝缘部件构成。第一固定电极308和第二固定电极309在空间上相互分离。第一固定电极308和第二固定电极309二者彼此充分电隔离。除非较高弹簧可动电极306与第一或第二电极308或309接触，否则将在第一固定电极308和第二固定电极309之间充分建立隔离。
接下来，将在下文中描述开关的基本操作。将本实施例用作SPDT开关。但是，也可以将本实施例用作SPST开关。将在下文中描述一种把从输入端子303输入的信号输出到输出端子301的方法。在外部在较高弹簧可动电极306和第一较低弹簧可动电极304之间施加控制信号。在可动电极和固定电极之间提供电位差，由此产生静电力。之后，朝向固定电极拉入第一较低弹簧可动电极304和较高弹簧可动电极306。之后，较高弹簧可动电极306和第一较低弹簧可动电极304与第一固定电极308接触并电连接。通过较高弹簧可动电极306、第一固定电极308和第一较低弹簧可动电极305从输出端子301输出从输入端子303输入的信号。类似地，在将信号输出至输出端子302的情况下，建议朝衬底拉入第二较低弹簧可动电极305和较高弹簧可动电极306，并使第二较低弹簧可动电极305和较高弹簧可动电极306与第二固定电极309电连接。
接下来，参考图20描述所述开关的瞬态操作。图20所示的图示均为沿图19所示的A-A′线得到的横截面图。在时刻(a)，较低弹簧可动电极304和305处于断开状态。较高弹簧可动电极306被锁定并与第一固定电极308和第二固定电极309接触。在这种状态下，第一较低弹簧可动电极和第二较低弹簧可动电极处于断开状态。由此屏蔽了信号。
这时，向第一和第二较低可动电极施加控制信号。从而在其间提供电位差，由此产生静电力。朝向衬底拉入第一较低弹簧可动电极304和第二较低弹簧可动电极305。第一较低弹簧可动电极304与第一固定电极308接触并电连接。第二较低弹簧可动电极305与第二固定电极309接触并电连接。在彼此相对的电极之间的至少一个接触面上形成绝缘膜，由此防止DC电流流动，所述接触面分别选自一组第一较低弹簧可动电极304和第二较低弹簧可动电极305以及一组第一固定电极308和第二固定电极309。
第一和第二较低弹簧可动电极304和305具有小弹簧力。由此，以微小电位差高速拉入第一和第二较低弹簧可动电极304和305。从而在时刻(b)使开关进入接通状态。
接下来，将在下文中描述断开处于这一接通状态下的开关的操作。在开关处于接通状态的时刻(b)，取消根据其锁定第一和第二较低弹簧可动电极304和305以及较高弹簧可动电极306的电位差。于是，释放第一和第二较低弹簧可动电极304和305以及较高弹簧可动电极306，并开始进行自由振荡。
这时，以高速释放具有强弹簧力的较高弹簧可动电极306。但是，较高弹簧可动电极306连接至第一和第二较低弹簧可动电极304和305。因此，在时刻(c)产生将第一和第二较低弹簧可动电极304和305向上提升的力，以促进第一和第二较低弹簧可动电极304和305的高速释放。
在时刻(d)，较高弹簧可动电极306大幅过冲(overshoot)。但是，这时，这防止了通过连接部分307连接的第一和第二较低弹簧可动单极304和305的大幅过冲。
此外，建议在时刻(f)锁定返回到固定电极(即第一和第二固定电极308和309)侧的较高弹簧可动电极306。
从而，通过连接部分307将较高弹簧可动电极306连接至第一和第二较低弹簧可动电极304和305。因此，能够缓和过冲。而且，能够促进第一和第二较低弹簧可动电极304和305的高速释放。
假设由于某些故障而没有向适于锁定较高弹簧可动电极306的电极施加电压，由此释放了较高弹簧可动电极306，那么开关将通过自由振荡进入图21(a)所示的状态。需要高压向固定电极(第一和第二固定电极308和309)侧拉入较高弹簧可动电极306，从而锁定处于这一状态的较高弹簧可动电极306。
因而，首先，如图21(b)所示，朝固定电极(第一和第二固定电极308和309)拉入第一和第二较低弹簧可动电极304和305。这时，较高弹簧可动电极306连接至第一和第二较低弹簧可动电极304和305。因此，较高弹簧可动电极306沿衬底方向发生位移。静电力与距离的负二次方成正比，因而可以降低拉入较高弹簧可动电极306所需的电压。
而且，当在这一操作下未获得预期的拉入电压的情况下，在较高弹簧可动电极进行固有振动的过冲中重复第一和第二较低弹簧可动电极的拉入和释放。然后，激励第一和第二较低弹簧可动电极。增大了振动幅度。在预期的拉入电压下，能够锁定可动电极。
能够根据连接部分307的安装位置控制通过连接部分307连接的较高弹簧可动电极以及第一和第二较低弹簧可动电极的连接状态。
两端固定的可动电极并非在所有的区域均以均匀的振幅进行振动。可动电极在起着可动电极作用的梁的中心附近以最大幅度振动。相反，在支柱部分310附近可动电极几乎不振动。因此，可动电极的连接状态根据可动电极相互连接所处的梁中的位置而改变。在可动电极在幅度具有最大值的位置附近相互连接的情况下，电极的影响被最大化，因此其间的连接非常强。也就是说，当如图20所示，在时刻(c)释放较高弹簧可动电极306时，支持以强大的力释放第一和第二较低弹簧可动电极304和305。相反，则制约了可动电极的振动。损失了较高弹簧可动电极306的振动能。降低了自由振荡的幅度，从而增大了锁定电压。
反之，在可动电极在支柱部分310的附近相互连接的情况下，可动电极的状态变为接近未提供连接部分307的状态。因而，未促进第一和第二较低弹簧可动电极的释放。因此，必需控制连接部分307的位置，以满足所要求的技术规格。
顺便提及，在本发明的说明中，已经描述了采用两个较低弹簧可动电极的例子。但是，仅采用一个较低弹簧可动电极构成开关也能够获得类似的优点。
工业实用性根据本发明的机电开关实现了在低驱动电压下进行高速接通、断开操作。可以有利地将根据本发明的机电开关用作RFMEMS开关，尤其是要求进行高速切换的无线LAN所需的天线分集DPDT(双刀双掷)开关。
权利要求
1.一种机电开关，包括第一机电开关，其适于基于第一梁的位移接通和断开，所述第一梁可以通过相对弱的弹簧力回复；以及第二机电开关，其适于基于第二梁的位移接通和断开，所述第二梁可以通过相对强的弹簧力回复，其中，在初始条件下，所述机电开关处于所述第一机电开关断开且所述第二机电开关接通的断开状态下。
2.根据权利要求1所述的机电开关，其中，通过驱动力的施加和取消操作之一，所述第一梁由所述初始条件发生位移，使得所述第一机电开关接通，由此使所述机电开关进入接通状态。
3.根据权利要求1所述的机电开关，其中，在所述第一机电开关和所述第二机电开关二者均接通的情况下，同时取消所述第一梁的位移和所述第二梁的位移，以执行回复操作，从而断开第二机电开关，由此使所述机电开关进入断开状态。
4.根据权利要求1所述的机电开关，其中，通过断开所述第二机电开关，所述第二梁开始进行固有振动；并且其中，在所述第二梁返回到所述第二机电开关断开时其所处的位移位置的附近的情况下，通过驱动力的施加和取消操作之一锁定所述第二梁。
5.根据权利要求1所述的机电开关，其中，至少所述第一梁的位移和所述第二梁的位移之一是基于静电力的。
6.根据权利要求1所述的机电开关，其中，至少所述第一梁的位移和所述第二梁的位移之一是基于电磁力的。
7.根据权利要求1所述的机电开关，其中，至少所述第一梁的位移和所述第二梁的位移之一是基于压电效应的。
8.根据权利要求1所述的机电开关，其中，至少所述第一梁的位移和所述第二梁的位移之一是基于热膨胀的。
9.根据权利要求1所述的机电开关，还包括公共固定电极，所述第一梁和所述第二梁通过空隙与之平行面对，其中，通过所述固定电极和所述第一梁构造所述第一机电开关；且其中，通过所述固定电极和所述第二梁构造所述第二机电开关。
10.根据权利要求9所述的机电开关，其中，将所述的到固定电极的空隙设为小于所述第一梁和所述第二梁每者的固有振动的最大幅度。
11.根据权利要求9所述的机电开关，其中，只有当第一机电开关接通并且第二机电开关也接通时，所述机电开关才处于接通状态。
12.根据权利要求1所述的机电开关，其中，所述第一梁和所述第二梁相互平行布置；其中，与之平行布置能够通过弹簧力回复的第三梁，所述弹簧力相对弱于所述第二梁的弹簧力；其中，通过所述第一梁和所述第二梁构造所述第一机电开关；并且其中，通过所述第二梁和所述第三梁构造所述第二机电开关。
13.根据权利要求12所述的机电开关，其中，根据所述第二梁的固有振动的最大幅度形成所述第二梁与所述第一梁和所述第三梁每者之间的空隙。
14.根据权利要求12所述的机电开关，其中，在所述第一梁、所述第二梁和所述第三梁的位移全都被取消的情况下，在通过机械探头使所述第二梁更加接近所述第三梁的同时，通过驱动力的施加和取消操作之一使所述第三梁发生位移，由此锁定所述第二梁。
15.根据权利要求1到14中的一项所述的机电开关，其中，将所述第一机电开关和所述第二机电开关置于气压不同于大气压力的环境中。
16.根据权利要求1到14中的一项所述的机电开关，其中，所述第二机电开关仅断开所述第一机电开关获得预定隔离所需的时间。
17.根据权利要求1到14中的一项所述的机电开关，其中，所述第二梁的固有振动的周期等于所述第一梁达到所述第一梁获得足够隔离所处的位置所需的时间。
18.根据权利要求1到14中的一项所述的机电开关，其中，所述第二梁的固有振动的周期大于所述第一梁达到所述第一梁获得足够隔离所处的位置所需的时间。
19.根据权利要求1到14中的一项所述的机电开关，其中，所述第二梁的固有振动的周期小于所述第一梁达到所述第一梁获得足够隔离所处的位置所需的时间。
20.根据权利要求1所述的机电开关，其中，在所述第一机电开关接通的同时将信号状态由通过状态切换为屏蔽状态的情况下，所述第二梁达到所述第二梁获得必要隔离所处的位置，直到所述第一梁到达所述第一梁获得预定隔离所需的位置，而所述第二梁则再次回到最初的锁定状态。
21.根据权利要求1所述的机电开关，还包括由所述第一梁构造的较低弹簧可动电极；由所述第二梁构造的较高弹簧可动电极，其平行于所述较低弹簧可动电极布置；以及面对所述第一梁和所述第二梁设置的固定电极，其中，所述第一机电开关包括包括所述第一梁的较低弹簧可动电极和所述第一固定电极；其中，所述第二机电开关包括包括所述第二梁的较高弹簧可动电极和所述第一固定电极；其中，所述第一梁和所述第二梁通过连接部分相互机械连接；并且其中，所述第二梁响应所述第一梁的位移而发生位移。
22.根据权利要求21所述的机电开关，其中，所述第二梁连接至输入端子；并且其中所述第一梁和所述第二梁分别连接至第一输出端子和第二输出端子。
全文摘要
提供了一种能够以低驱动电压执行高速响应的机电开关。作为MEMS开关的机电开关主体(10)包括第一可动电极(14)、第二可动电极(16)和固定电极(18)，第一可动电极和第二可动电极的两端通过形成于硅衬底(2)上的第一锚件(12)和第二锚件(13)固定并桥接，所述固定电极与这些可动电极相对。具有相对弱的弹簧力的第一可动电极(14)和固定电极(18)构成能够以低电压驱动的第一机电开关(22)。具有相对强的弹簧力的第二可动电极(16)和固定电极(18)构成能够以低电压驱动和锁定的第二机电开关(24)。由低驱动电压使第一可动电极(14)迅速发生位移，从而迅速接通第一机电开关，通过回复力使第二可动电极(16)进行迅速的固有振荡，从而迅速断开第二机电开关。以低驱动电压锁定返回的第二可动电极(16)，并接通第二机电开关。
文档编号H01H59/00GK1942986SQ20068000011
公开日2007年4月4日 申请日期2006年1月20日 优先权日2005年1月21日
发明者中西淑人 申请人:松下电器产业株式会社