CN100399486C - 微型切换器 - Google Patents

Abstract

一种微型切换器是由至少一基材、至少一固定部及至少一切换件所构成。基材具有至少一第一端子及至少一第一驱动单元，固定部高于基材，且固定部的一侧面与基材不平行。切换件是由至少一挠曲结构及至少一扭转结构所构成。挠曲结构具有至少一第二端子及至少一第二驱动单元，第二端子与第一端子相对应，第二驱动单元与第一驱动单元相对应。扭转结构一端接于前述侧面，另一端轴向接于挠曲结构，且扭转结构与挠曲结构不平行。

Description

微型切换器

技术领域

本发明是有关一种微型切换器(micro-switch)，特别是有关一种以挠曲扭转方式切换的微型信号切换器(micro signal switch)。

背景技术

现今电子产品的趋势，是逐渐朝向轻薄短小的方向发展。当电子产品小型化的同时，内部的切换器亦需朝向微型化发展，例如射频模块采用微机械结构式切换器进行机械式切换。现行的微机械式切换器有悬臂梁式切换器及桥状结构式切换器两种。

请参照图1，习知的悬臂梁式切换器100是由基材102及悬吊于基材102上的悬臂梁104所构成。悬臂梁104具有上驱动电极106及接触电极110，基材102具有下驱动电极108及信号电极112。当驱动电极106、108同时通电时，驱动电极106、108会相互吸引，而使悬臂梁104向下挠曲，以使电极110、112相互接合导通。当驱动电极106、108不通电时，驱动电极106、108间的吸引力消失，而藉由悬臂梁104向上回复的弹力，使电极110、112相互分离，而达到切断电极110、112的目的。

然而，由于悬臂梁式切换器100的悬臂梁104本身具有不低的弹性回复力，因此驱动电极106、108的吸引力需大于悬臂梁104的弹性回复力，才可使电极110、112相互接合导通。故悬臂梁式切换器100具有驱动电压大，切换时间长的缺点。

请参照图2，习知的桥状结构式切换器200，是由基材202及位于基材202上的ㄇ型桥状结构204所构成。桥状结构204具有上驱动电极206a、206b及位于上驱动电极206a、206b之间的接触电极210，基材202具有下驱动电极208a、208b及位于下驱动电极208a、208b之间的信号电极212。当驱动电极206a、206b、208a、208b同时通电时，驱动电极206a、206b分别与驱动电极208a、208b相互吸引，而使桥状结构204中央部向下挠曲，以使电极210、212相互接合导通。当驱动电极206a、206b、208a、208b不通电时，驱动电极206a、206b、208a、208b间的吸引力消失，而藉由桥状结构204向上回复的弹力，使电极210、212相互分离，而达到切断电极210、212的目的。

然而，由于桥状结构式切换器200的桥状结构204本身具有更强的弹性回复力，因此驱动电极206a、206b、208a、208b的吸引力需要更大，才可使电极210、212相互接合导通。故桥状结构式切换器200的特点是切断时间较短、接合时间较长、驱动电压较大。

由上述可知，习知微机械结构式切换器均以杠杆的方式，进行信号切换，且习知的切换器均有切换时间长、驱动电压高、无法同时具有较佳的驱动电压及切换时间等缺点。此在现今切换速度越来越快的趋势下，逐渐不堪使用，甚至成为技术瓶颈。

发明内容

因此，本发明的目的是为解决上述问题而提出一种微型切换器，以大幅缩短切换时间及降低驱动电压，甚至同时具有较佳的切换时间及驱动电压的效果。

为此，本发明提供一种微型切换器是由至少一基材、至少一固定部及至少一切换件所构成。基材具有至少一第一端子及至少一第一驱动单元，固定部高于基材，且固定部的一侧面与基材不平行。切换件是由至少一挠曲结构及至少一扭转结构所构成。挠曲结构具有至少一第二端子及至少一第二驱动单元，第二端子与第一端子相对应，第二驱动单元与第一驱动单元相对应。扭转结构一端接于前述侧面，另一端轴向接于挠曲结构，且扭转结构与挠曲结构不平行。

本发明另提供一种微型切换器是由至少一基材、至少一固定部及至少一切换件所构成。固定部高于基材，且固定部的一侧面与基材不平行。切换件是由至少一挠曲结构及至少一扭转结构所构成。扭转结构一端接于前述侧面，另一端轴向接于挠曲结构，且扭转结构与挠曲结构不平行。

前述微型切换器中，挠曲结构与扭转结构所构成的形状为L型、T型、十型、丰型或弧型。切换件是以旋转、摆动或同时旋转摆动的方式，使第一端子与第二端子电接触。驱动切换件的方式是静电力驱动、电热驱动、电磁驱动、压电驱动或流体驱动。第一端子与第二端子电接触时，一电信号、磁信号或电磁信号在第一端子与第二端子中传递。

前述微型切换器中，切换件还包括至少一辅助结构部，位于扭转结构、挠曲结构或同时位于扭转结构与挠曲结构上。此辅助结构部为凹槽、绉折或孔洞。挠曲结构或扭转结构的横截面为一字型、I字型、绉折型或口字型。挠曲结构或扭转结构的形状为规则形状或不规则形状，例如多边形、圆形或至少一边为弧形的多边形。

前述微型切换器中，当挠曲结构的数目为二以上时，挠曲结构是相互对称、互不对称或部分挠曲结构相互对称。前述微型切换器为诸如射频信号切换器等的电信号切换器、磁信号切换器或电磁信号切换器。

在本发明的微型切换器中，由于切换件同时具有扭转及挠曲的操作方式，因此可以借由扭转操作时的高刚性来增加切换器的切换速度，及借由挠曲操作时的低刚性来降低切换器的操作电压及增加端子间接触贴合时的贴合度，进而达到提高切换速度、降低操作电压、增进端子间贴合度的效果。

为让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图进行详细说明。

附图说明

图1是绘示习知悬臂梁式切换器的示意图。

图2是绘示习知桥状结构式切换器的示意图。

图3A是绘示本发明一较佳实施例的微型切换器的示意图。

图3B是绘示图3A的A-A′线的剖面图。

图3C是绘示图3A的B-B′线的剖面图。

图4是绘示本发明另一较佳实施例的微型切换器的示意图。

图5A～图5C是绘示本发明挠曲结构的实例的局部示意图。

图6A～图6B是绘示本发明扭转结构的实例的局部示意图。

具体实施方式

图3A是绘示本发明一较佳实施例的微型切换器300的示意图。图3B是绘示图3A的A-A′线的剖面图。图3C是绘示图3A的B-B′线的剖面图。

请同时参照图3A至图3C，微型切换器300是由基材320、固定部302及切换件322所构成，其中切换件322是由至少一挠曲结构306及至少一扭转结构304所构成。微型切换器300例如是电信号切换器、磁信号切换器或电磁信号切换器。

基材320具有端子316及驱动单元318，基材320可以直接固定于系统(未绘示)上，也可以利用间接方式固定于系统上，甚至可以与系统一体成型。端子316是与系统连接，用以传递电信号、磁信号、电磁信号等信号。

固定部302高于基材320，且固定部302的一侧面与基材320不平行。固定部302用以固定切换件322，并使切换件322与基材320之间存在有一间隙。固定部302可以直接固定于系统(未绘示)上，也可以利用间接方式固定于系统上，甚至可以与系统一体成型。

切换件322的挠曲结构306具有至少一端子314及至少一驱动单元308，且端子314与端子316相对应，驱动单元308与驱动单元318相对应。而切换件322的扭转结构304一端接于固定部302的侧面，另一端轴向接于挠曲结构306，且扭转结构304与挠曲结构306不平行。扭转结构304于轴向上的刚性高于径向上的刚性。

当挠曲结构306的驱动单元308及基材320的驱动单元318被施加电压时，挠曲结构306会被向下挠曲，且此时，由于扭转结构304会被挠曲结构306所带动，因而扭转结构304亦同时朝驱动单元308的移动方向进行扭转。如此，挠曲结构306实际移动的方式为以旋转、摆动或同时旋转摆动的方式进行移动，以使端子314、316电接触。

依据物理原理，一物体需要有高刚性才可具有高回复力，而且该物体需要有低刚性时，才可以最低的外加力使此物体发生形变。因此，在本发明者是将切换过程中所需的形变力与形变回复力分割成两构件，以针对不同需求而各自提供较佳的特性。

在本发明的微型切换器300中，是以扭转结构304的扭转力作为形变回复力，并以挠曲结构306的挠曲力作为形变力。由于此两力在本发明中已被分离，因此，可以分别提高此两力而获得较佳的效果。

以一实例为例进行运作说明，在此实例中，扭转结构304为高刚性的型态，挠曲结构306为低刚性的型态。当切换器300需要变成接合状态时，于驱动单元308、318上施加驱动电压，由于挠曲结构306的刚性低，因而可以在低驱动电压的情形下迅速使端子314、316相接合，而使电信号、磁信号或电磁信号等信号于端子314、316中传递。此时，扭转结构304会受到挠曲结构306的带动而略微扭转。

当切换器300需要变更为分离状态时，扭转结构304立即提供扭转回复力，使扭转结构304迅速回复原状。此时，挠曲结构306会受到扭转结构304的带动而迅速回复至原位置，而使端子314、316迅速分离，进而达到切断信号流通的效果。

再者，切换器的形状可以为L型、如图3A所示的T型、如图4所示的十型、丰型、弧型或其它任意形状。当切换器为图4所示的十型切换器400时，切换器400的切换件406是以二扭转结构402a、402b分别固接于固定部404、406，以提供切换件406更强的扭转回复力。

另外，降低挠曲结构306的刚性的方法可以为采用刚性较低的材料形成，也可以在挠曲结构306上形成用以降低结构刚性的辅助结构部310，此辅助结构部310例如是凹槽、绉折或孔洞。当辅助结构部310的凹槽方向与作用力方向垂直时，此凹槽可以大幅降低作用力方向的刚性。如图5B所示，辅助结构部310也可以同时存在有凹槽、绉折及孔洞502，此时挠曲结构306b的刚性可以更低。

而提高扭转结构304的刚性的方法可以为采用刚性较高的材料形成，也可以在扭转结构306上形成用以提高结构刚性的辅助结构部312，此辅助结构部312例如是凹槽、绉折或孔洞。当辅助结构部312的凹槽方向与作用力方向平行时，此凹槽可以大幅提高作用力方向的刚性。如图6B所示，辅助结构部312也可以同时存在有凹槽、绉折及孔洞602，此时扭转结构304b的刚性可以更高。

另外，前述辅助结构部310、312可以视实际的需要，而调整成提高结构刚性的型式、降低结构刚性的型式或具有增减动态稳定性的型式。另外，辅助结构部也可以在操作的过程中提供增减阻尼效应的效果，而增减切换件的动态稳定性。

挠曲结构306的横截面可以为一字型、I字型、绉折型或口字型。挠曲结构306例如是如图3A所示的矩形挠曲结构306、如图5A所示的梯形挠曲结构306a等的多边形挠曲结构、圆形挠曲结构、如图5C所示的至少一边为弧形的多边形挠曲结构306c。而扭转结构304的横截面可以为一字型、I字型、绉折型、口字型或其它任意形状。扭转结构304例如是如图3A所示的矩形扭转结构304、如图6A所示的梯形扭转结构304a等的多边形扭转结构、圆形扭转结构、至少一边为弧形的多边形扭转结构。

当挠曲结构的数目为2个以上时，如图3A所示，挠曲结构可以相互对称、互不对称或部分挠曲结构相互对称。再者，驱动切换件进行旋转、摆动的方式虽以静电力驱动为例进行说明，然而并不以此为限，也可以改以电热驱动、电磁驱动、压电驱动或流体驱动。

在本发明的微型切换器中，由于切换件同时具有扭转及挠曲的操作方式，因此可以借由扭转操作时的高刚性来增加切换器的切换速度，及借由挠曲操作时的低刚性来降低切换器的操作电压及增加端子间接触贴合时的贴合度，进而达到提高切换速度、降低操作电压、增进端子间贴合度的效果，甚至同时兼具前述的效果。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉本技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作出各种的等效的改变或替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。

Claims (17)

1.一种微型切换器，包括：

至少一基材，具有至少一第一端子及至少一第一驱动单元；

至少一固定部，突出于该基材；以及

至少一切换件，包括：

至少一挠曲结构，具有至少一第二端子及至少一第二驱动单元，该第二端子与该第一端子相对应，该第二驱动单元与该第一驱动单元相对应，及

至少一扭转结构，一端接于该固定部，另一端接于该挠曲结构。

2.一种微型切换器，包括：

至少一基材；

至少一固定部，突出于该基材；以及

至少一切换件，包括：

至少一挠曲结构，及

至少一扭转结构，一端接于该固定部，另一端接于该挠曲结构。

3.如权利要求2所述的微型切换器，其特征在于该切换件的形状为L型、T型、十型、丰型或弧型。

4.如权利要求2所述的微型切换器，其特征在于，

该基材，具有至少一第一端子；以及

该挠曲结构，具有至少一第二端子，该第二端子与该第一端子相对应。

5.如权利要求4所述的微型切换器，其特征在于该切换件是以旋转、摆动或同时旋转摆动的方式，使该第一端子与该第二端子接触。

6.如权利要求5所述的微型切换器，其特征在于驱动该切换件的方式是静电力驱动、电热驱动、电磁驱动、压电驱动或流体驱动。

7.如权利要求5所述的微型切换器，其特征在于该第一端子与该第二端子接触时，一电信号、磁信号或电磁信号在该第一端子与该第二端子中传递。

8.如权利要求2所述的微型切换器，其特征在于该切换件更包括至少一辅助结构部，位于该扭转结构、该挠曲结构或同时位于该扭转结构与该挠曲结构上。

9.如权利要求8所述的微型切换器，其特征在于该辅助结构部为凹槽、绉折或孔洞。

10.如权利要求2所述的微型切换器，其特征在于该挠曲结构或该扭转结构的横截面为一字型、I字型、绉折型或口字型。

11.如权利要求2所述的微型切换器，其特征在于该挠曲结构或该扭转结构的形状为规则形状或不规则形状。

12.如权利要求11所述的微型切换器，其特征在于该挠曲结构或该扭转结构的形状为多边形、圆形或至少一边为弧形的多边形。

13.如权利要求2所述的微型切换器，其特征在于当该挠曲结构的数目为二以上时，该些挠曲结构是相互对称或互不对称。

14.如权利要求2所述的微型切换器，其特征在于当该挠曲结构的数目为二以上时，部分该些挠曲结构是相互对称。

15.如权利要求2所述的微型切换器，其特征在于该微型切换器为电信号切换器、磁信号切换器或电磁信号切换器。

16.如权利要求2所述的微型切换器，其特征在于该固定部高于该基材，且该固定部的一侧面与该基材不平行，且该扭转结构一端接于该侧面，另一端接于该挠曲结构。

17.如权利要求2所述的微型切换器，其特征在于该扭转结构与该挠曲结构不平行。

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