CN102142337B - 接触开关 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种接触开关，该接触开关包括：多个第一触点，并列设置在基板上；活动构件，包括面对该多个第一触点的多个梁，并且形成为沿着该基板的表面内的该第一触点的排列方向可滑动；以及多个第二触点，分别提供在该梁的与该第一触点相面对的面上。

Description

接触开关
技术领域
本发明涉及例如用于控制高频信号的接触开关。
背景技术
近年来随着集成技术的进步，对于电子装置尺寸减小、重量减轻、低操作电压、低功耗以及高频率运行得以迅速地推进。特别是，在诸如移动电话的移动通讯终端装置的技术领域中，除了上述严格要求的需要外，还需要高性能，并且MEMS(微机电系统)作为解决这些矛盾问题的技术之一已经引起人们的注意。MEMS是通过硅工艺技术融合微机械部件和电子电路部件的系统。MEMS技术具有诸如精确加工的优良特性，能够实现紧凑和降低成本的SoC(system on a chip，片上系统)，而实现高性能。
MEMS技术使用于各种领域中，例如，用于机械方式地执行传输高频信号的信号线的耦合/断开的开关。在用于高频信号的开关中，所希望的是有效地降低由插入开关引起的功耗(插入损耗)，并且充分地改善绝缘性，以保证信号质量。接触开关被当作同时满足这两个特性的开关，并且用作重要的部件，特别是在严格要求质量的电路中。此外，接触开关还期待用于带载为兆赫(MHz(106Hz))至千兆赫(GHz(109Hz))的高速度大容量通讯的前端电路。
相关技术用于高频率的很多接触开关具有所谓的串联式接触结构，这是由于易于保证电路设计上的高度绝缘及其宽泛的应用范围。在串联式接触结构中，例如，当成对形成的固定触点和活动触点彼此接触(on状态)时，信号线机械地耦合，并且当它们彼此不接触(off状态)时，机械地断开。
在采用串联式接触结构的开关中，影响插入损耗的增加/减小的重要因素之一是接触部分的接触电阻。接触电阻低时则插入损耗小，为此迄今已经开发了各种技术。最频繁使用的方法是通过提供多个活动触点到一个固定触点以增加接触数量(多点接触)而减小接触电阻的方法(例如，参见日本特开第2008-27812号公报)。
日本特开第2008-27812号公报中的接触结构包括形成在基板上的固定触点、提供在腔体中面对该固定触点位置上的多个活动触点以及支持这些活动触点的活动梁。在该结构中，活动梁由外部驱动电路移动，以转换固定触点和活动触点的接触状态和非接触状态，并且这用作执行信号线耦合/断开的开关。该接触结构(在下文，称为多点接触结构)易于制造，因此在很多开关中投入实际使用。
发明内容
然而，如日本特开第2008-27812号公报的方法中，在接触数量增加的多点接触结构中难于均匀地使所有触点接触。这源自于下面的原因。就是说，每个活动触点和每个固定触点之间的每个距离在工艺中在可能的范围内相等地形成，但是由于材料的平坦性以及由于内应力引起的构件弯曲而实际上产生差别。此外，这样的差别例如因开关的每个器件、每个批次和每个晶片而不同。
日本特开第2008-27812号公报中的活动梁固定到基板上的一点(固定部分)，并且采用固定部分作为支点而移动。在活动梁移动到使活动触点与固定触点接触的情况下，触点之间的距离最小的触点对在多个活动触点中首先接触。其后，该接触位置成为活动梁的新支点，因此活动梁的弹性常数在该接触位置的外侧(固定部分的相对侧)增加。从而，随着触点设置为远离活动梁的支点(固定部分)，接触压力下降。换言之，在上述的多点接触结构中，每个触点的接触压力是变化的，从而接触失败，并且易于局部发生非接触状态。因此，难于获得足够的电阻降低效率，并且具有几乎不能减小插入损耗的问题。
考虑到前述情况，所希望的是提供能够通过减小接触电阻而抑制插入损耗的接触开关。
根据本发明的实施例，所提供的接触开关包括：多个第一触点，并列设置在基板上；活动构件，包括面对该多个第一触点的多个梁，并且形成为在基板面内沿着第一触点的排列方向可滑动；以及多个第二触点，分别提供在该梁的与该第一触点相面对的面上。
在根据本发明实施例的接触开关中，提供在基板上的第一触点和提供在活动构件上的第二触点的接触状态和非接触状态由活动构件的滑动操作转换，例如，这用作机械方式地耦合/断开传输线的开关。这里，多个第一触点并列设置，活动构件包括面对多个第一触点的多个梁，并且为每个梁提供第二触点，由此实现其中由第一触点和第二触点组成的每对(触点对)并列化的接触结构。因此，触点对机械地宽松地耦合(loosely coupled)(不易发生机械干扰)，而同时为所有的触点对共同执行接触操作，并且能够彼此独立地在每个触点对中建立接触。从而，易于以足够的接触压力基本上均匀地建立触点之间的接触。
根据本发明实施例的接触开关，多个第一触点并列设置在基板上，活动构件包括面对多个第一触点的多个梁，并且多个第二触点分别提供在梁上。因此，通过使触点之间的接触压力均匀化能够防止接触失败等。因此，能够通过减小接触电阻而抑制插入损耗。
本发明其他的和进一步的目标、特征和优点通过下面的描述将更加明显易懂。
附图说明
图1A和1B是示出根据本发明实施例的接触开关的示意性结构的平面图。
图2A和2B是示出根据本发明第一实施例的接触开关的示意性结构的平面图。
图3是示出根据比较示例的接触开关的示意性结构的截面图。
图4A和4B是示出根据第二实施例的接触开关的示意性结构的平面图。
图5A至5C是示出根据第三实施例的接触开关的示意性结构的平面图。
图6是说明图5A至5C所示的接触开关的效率的示意图。
图7A和7B是示出图5A和5B所示的接触开关的修改的示意性结构的平面图。
图8A和8B是示出根据第四实施例的接触开关的示意性结构的平面图。
图9是示出图8A和8B所示的接触开关的配线布置示例的平面图。
图10A和10B是示出图8A和8B所示的接触开关的致动器示例的平面图。
图11是示出根据接触开关的应用示例的电子装置的功能块示意图。
具体实施方式
在下文，将参考附图详细描述本发明的实施例。另外，描述将以下面的顺序给出。
1.示意性结构(接触开关的示例，其中活动触点提供在推杆的梁上)
2.第一实施例(触点对由两个固定触点和一个活动触点组成的示例)
3.第二实施例(触点对由两个固定触点和两个活动触点组成的示例)
4.第三实施例(固定接触点之间提供台阶的示例)
5.第四实施例(梁轴对称地提供到推杆操作轴的示例)
6.应用示例(采用接触开关的电子装置的示例)
接触开关的示意性结构
图1A和1B示出了根据本发明的接触开关(接触开关1)的示意性结构，图1A示意性地示出了总体结构，而图1B示意性地示出了触点对附近的结构。接触开关1例如包括并列设置在半导体等的基板11上的多个触点对10、连接到多个触点对10的推杆12(支撑体)以及驱动推杆12的致动器20。每个触点对10分别通过传输线15连接到相同的输入端口Vin和相同的输出端口Vout，并且为每个触点对10形成的每个电路彼此相同。
具体地讲，如图1B所示，在基板11的预定区域中形成腔体11a，并且每个都用作触点对10的一部分的多个固定接触电极14(第一触点)并列提供在腔体11a的壁上。传输线15电连接到每个固定接触电极14。传输线15是在输入端口Vin和输出端口Vout之间传输例如高频信号的信号的信号线。同样，在腔体11a中，推杆12响应于致动器20的驱动，沿着固定接触电极14(触点对10)的排列方向(操作轴A)可滑动。
推杆12例如是沿着操作轴A延伸的杆状构件。多个接触梁12a从推杆12朝着与操作轴A垂直的方向突出，以分别面对固定接触电极14。接触梁12a由推杆12支持在腔体11a中的空气中，并且活动接触电极13(第二触点)提供在每个接触梁12a的与固定接触电极14相面对的面上。换言之，触点对10由接触梁12a、活动接触电极13和固定接触电极14组成，并且活动接触电极13和固定接触电极14的接触状态(on状态)和非接触状态(off状态)通过推杆12的滑动(沿着操作轴A的位置变化)转换。另外，该实施例中的推杆12和接触梁12a对应于本发明中的活动构件的具体示例。
通过设定接触梁12a和推杆12的材料或厚度等，接触梁12a的弹性模量(例如，杨氏模量)优选低于推杆12的弹性模量。换言之，接触梁12a优选看作所谓的弹性体，并且推杆12优选看作所谓的刚性体。
致动器20例如是采用MEMS技术加工的MEMS致动器，特别是，由横向驱动的静电致动器(这将在后面详细描述)适合于用作致动器20。
在下文，将详细描述接触开关1的优选实施例(触点对的结构)。另外，相同的参考标号用于与示意性结构中相同的部件，并且省略其描述。
1.第一实施例
接触开关1A的结构
图2A示出了根据第一实施例的接触开关(接触开关1A)的触点对附近的平面结构(off状态)。在接触开关1A中，多个触点对10a并列设置在基板11上，并且触点对10a中的接触状态和非接触状态通过推杆12的滑动操作转换，以执行所谓的串联式耦合/断开操作。图2B示出了接触状态(on状态)下的触点对10a，并且图2B中的箭头B示意性地示出了信号流向。
基板11例如是由Si半导体制造的基板，例如，由硅(Si)、碳化硅(SiC)、硅锗(SiGe)以及硅锗碳(SiGeC)制造的基板。作为选择，由诸如玻璃、树脂或塑料的非硅材料制作的基板可以用作基板11。
腔体11a例如通过根据触点对10a的设置位置切割基板11成为梳齿形状而形成，并且是可移动地容纳推杆12和触点对10a的空间。例如，通过在基板11上执行光刻和干蚀刻能够形成腔体11a。此外，在蚀刻的同时能够形成(提取)推杆12和接触梁12a。在腔体11a的壁上，分别提供形成输入端口Vin和输出端口Vout的两条传输线15以及连接到传输线15的两个固定接触电极14a1和14a2。
传输线15以及固定接触电极14a1和14a2例如是堆叠膜，从基板11侧依次包括钛(Ti)和金(Au)。例如，通过溅射和光刻能够形成堆叠膜，并且每层的厚度例如为钛0.1μm和金0.2μm。传输线15是在基板11上形成矩形形状的固定电极，并且使用配线连接、形成馈通电极、焊接或金凸块连接的方法，以能使信号输入到输入端口Vin，且信号从输出端口Vout输出。在该实施例中，一个接触梁12a设置为面对两个固定接触电极14a1和14a2，并且一个活动接触电极13a提供在每个接触梁12a上，以面对固定接触电极14a1和14a2二者。
接触梁12a例如采用与基板11和推杆12相同的硅半导体材料作为基底材料，并且基底材料的表面覆盖有堆叠膜12a1，堆叠膜12a1由与固定接触电极14a1和14a2相同的材料以及相同的厚度制造。接触梁12a的弹性模量低于推杆12的弹性模量。这里，接触梁12a和推杆12通过蚀刻工艺由基板11形成，从而接触梁12a的材料和推杆12的材料是相同的。然而，例如，通过使接触梁12a的厚度小于推杆12的厚度，接触梁12a看作弹性体，并且推杆12看作刚性体。
与固定接触电极14a1和14a2一样，活动接触电极13a是堆叠膜，从基板11侧依次包含钛(Ti)和金(Au)。例如，通过溅射和光刻能够形成活动接触电极13a，并且每层的厚度为钛0.1μm和金0.2μm。
接触开关1A的动作
在该实施例中，当推杆12通过致动器20的驱动沿着操作轴A滑动(移位)时(图中没有示出)，触点对10a中的接触状态和非接触状态由滑动操作转换。具体地讲，执行从非接触状态到接触状态的转换，或者以相反的另一种方式(从接触状态到非接触状态)转换。当触点对10a在非接触状态下时，从输入端口Vin到输出端口Vout的传输线15机械地断开，且转换到off状态(图2A)。同样，当触点对10a在接触状态下时，从输入端口Vin到输出端口Vout的传输线15由触点对10a机械地耦合，且转换到on状态(图2B)。具体地讲，从输入端口Vin侧输入的信号依次通过固定接触电极14a1、活动接触电极13a和固定接触电极14a2输出到输出端口Vout。
这里，参考图3，将描述根据比较示例的接触开关(接触开关100)中的触点之间的接触操作。在接触开关100中，一端由固定部分(支点)102固定的活动梁103提供在基板101上，并且多个(在此情况下，两个)活动接触电极104形成在活动梁103上。固定接触电极105隔着基板101上的腔体面对活动接触电极104。在该结构中，活动梁103移动以建立多个活动接触电极104和固定接触电极105之间的多点接触，由此实现接触电阻的减小。
然而，如接触开关100，在对于一个活动梁103提供多个活动接触电极104的情况下，难于使所有的触点均匀地接触。这来自于下面的原因。就是说，每个活动接触和每个固定接触之间的每个距离(间隔)在工艺中在可能的范围内相等地形成，但是由于材料的平坦性以及由于内部应力引起的构件弯曲实际上产生差别。此外，例如，对于开关的每个器件、每个批次以及每个晶片，这样的差别是不同的。此外，在比较示例中，每个触点对(活动接触点和固定接触点)之间的距离设置为窄的以至于活动梁103可以看作为刚性体。
活动梁103采用固定部分102作为在基板101上的支点而被移位。因此，当活动梁103移动到使接触点接触时，最靠近固定部分102设置的活动接触电极104期待在多个活动接触电极104中首先与固定接触点接触。其后，该接触位置变为活动梁103的新支点，因此活动梁103的弹性常数从该接触位置在外侧上(固定部分102的相对侧)增加。如果活动梁103原本是柔性的，则弹性常数的增加率下降，但是弹性常数的增加率很高，这是因为硬的弹簧在很多情况下典型地用作活动梁103，以保证接触点的接触压力，并且减小接触电阻。因此，随着触点远离活动梁103的支点(固定部分102)接触压力降低。换言之，每个接触点的接触压力都是变化的，从而易于局部发生接触失败和非接触状态。如果活动梁驱动为使接触所需的力较强或者接触时间较长，则能够有效地使所有接触点接触。然而，致动器的尺寸或者整个元件的尺寸在这种情况会增加，从而不是有效的。换言之，难于获得有效的电阻减小效率，并且在如上所述的多点结构中几乎不能减小插入损耗。
另一方面，在该实施例中，多个由两个固定接触电极14a1和14a2而成的对并列设置在基板11上，并且推杆12包括面对这些成对的固定接触电极14a1和14a2的接触梁12a。一个活动接触电极13a形成在每个接触梁12a上，以面对固定接触电极14a1和14a2二者。因此，实现了每一个都由固定接触电极14a1和14a2、活动接触电极13a以及接触梁12a构造的触点对10a并列化的接触结构。因此，能够机械地宽松地(loosely)耦合触点对10a(不易产生机械干扰)，而同时共同执行所有触点对10a的接触操作。换言之，所有触点对10a中的每个接触操作彼此独立地执行。从而，所有触点对10a中的两个固定接触电极14a1和14a2和活动接触电极13a之间的接触以有效的接触压力基本上均匀地建立。
如上所述，在该实施例中，多个固定接触电极14a1和14a2并列设置在基板11上，面对固定接触电极14a1和14a2的多个接触梁12a提供在推杆12上，并且活动接触电极13a提供在每个接触梁12a上。因此，通过使每个触点对10a中的接触压力均匀，能够防止接触失败等。因此，通过减小接触电阻，能够抑制插入损耗。此外，更多的接触点稳定地进行接触，并且实现了更小的插入损耗的接触开关，特别是在高频率信号的传输线中。
此外，接触梁12a的弹性模量低于推杆12的弹性模量，从而，例如，接触梁12a看作弹性体，并且推杆12看作刚性体。因此，在每个触点对10a中能够使接触压力均匀。这里，每个触点对10a中的活动接触电极13a与固定接触电极14a1和14a2之间的每个距离(触点之间的距离)在工艺中在可能的范围内相等地设计，但是由于材料的平坦性以及由于内应力引起的构件弯曲等实际上产生差别。此外，例如，对于开关的每个器件、每个批次以及每个晶片，该差别是不同的。如在该实施例中，即使触点之间的每个距离如上所述是变化的，接触梁12a看作弹性体，因此，能够减小这样的变化引起的接触点之间接触压力的差别，就是说，能够使接触压力均匀。接触压力的均匀化改善了接触点的耦合/断开操作中的稳定性，并且导致装置中可靠性的改善。此外，以低的压力易于实现足够的低接触电阻，并且这导致致动器的尺寸减小以及控制功率的降低。
2.第二实施例
图4A示出了根据第二实施例的接触开关(接触开关1B)的触点对(触点对10b)附近的平面结构(off状态)。图4B示出了接触状态(on状态)下的触点对10b，并且图中的箭头B示意性地示出了信号流向。另外，相同的参考标号用于与上述的示意性结构和第一实施例中基本相同的部件，并且适当地省略其描述。
与第一实施例中的接触开关1A类似，接触开关1B是串联式开关，其中多个触点对10b并列设置在基板11上，并且传输线15的机械耦合/断开通过推杆12的滑动操作执行。在基板11上形成的腔体11a的壁上，提供两条传输线15和分别连接到传输线15的两个固定接触电极14a1和14a2，在传输线15中形成输入端口Vin和输出端口Vout。接触梁12a从推杆12突出，以面对固定接触电极14a1和14a2，并且接触梁12a的弹性模量小于推杆12的弹性模量。
然而，在该实施例中，为每个触点对10b中的两个固定接触电极14a1和14a2设置两个活动接触电极13b1和13b2。具体地讲，在每个接触梁12a中，活动接触电极13b1提供为面对固定接触电极14a1，并且活动接触电极13b2提供为面对固定接触电极14a2。与第一实施例中的活动接触电极13a相类似，活动接触电极13b1和13b2的每一个都是堆叠膜，从基板11侧依次包含钛和金。每层的厚度例如为钛0.1μm和金0.2μm。
因此，与第一实施例类似，当推杆12通过致动器20的驱动沿着操作轴A滑动(移动)时(图中没有示出)，触点对10b中的接触状态和非接触状态在该实施例中通过滑动操作转换。当触点对10b在非接触状态下时，从输入端口Vin到输出端口Vout的传输线15机械地断开，并且转换为off状态(图4A)。同样，当触点对10b在接触状态下时，由触点对10b机械地耦合从输入端口Vin到输出端口Vout的传输线15，并且转换为on状态(图4B)。具体地讲，从输入端口Vin侧输入的信号依次通过固定接触电极14a1、活动接触电极13b1、接触梁12a(堆叠膜12a1)、活动接触电极13b2和固定接触电极14a2输出到输出端口Vout。
这里，多对固定接触电极14a1和14a2并列设置在基板11上，并且在设置为面对固定接触电极14a1和14a2的每个接触梁12a上，两个活动接触电极13b1和13b2形成为分别面对固定接触电极14a1和14a2。因此，与第一实施例类似，实现了这样的接触结构，其中使每一个都由固定接触电极14a1和14a2、活动接触电极13b1和13b2以及接触梁12a组成的触点对10b并列化。因此，还是在该实施例中，通过推杆12的滑动操作，能够彼此独立地执行每个触点对10b中的每个接触操作，并且同时共同执行所有触点对10b的接触操作。从而，固定接触电极14a1和活动接触电极13b1之间的接触以及固定接触电极14a2和活动接触电极13b2之间的接触以足够的接触压力在所有的触点对10b中基本上均匀地建立。因此，能够获得与第一实施例相同的效果。
3.第三实施例
图5A示出了根据第三实施例的接触开关(接触开关1C)的触点对(触点对10c)附近的平面结构(off状态)。图5B示出了在从非接触状态到接触状态的转变状态下的触点对10c。图5C示出了在接触状态(on状态)下的触点对10c，并且图5C中的箭头B示意性地示出了信号流向。另外，相同的参考标号用于与上述示意性结构以及第一和第二实施例基本相同的部件，并且适当地省略其描述。
与第一实施例中的接触开关1A类似，接触开关1C是串联式开关，其中多个触点对10c并列设置在基板11上，并且通过推杆12的滑动操作执行传输线15的机械耦合/断开。在基板11上形成的腔体11a的壁上，提供两条传输线15和分别连接到传输线15的两个固定接触电极14a1和14a2，在传输线15中形成输入端口Vin和输出端口Vout。接触梁12a从推杆12突出，以面对固定接触电极14a1和14a2，并且接触梁12a的弹性模量小于推杆12的弹性模量。此外，与第二实施例的接触开关1B一样，对每个触点对10c中的两个固定接触电极14a1和14a2设置两个活动接触电极13b1和13b2。
然而，在该实施例中，台阶S提供在固定接触电极14a1和固定接触电极14a2之间。具体地讲，台阶S形成在腔体11a的壁上，设置两条传输线15使台阶S在它们之间，并且固定接触电极14a1和固定接触电极14a2分别提供在传输线15上。对于台阶S，靠近推杆12设置(在接触梁12a的基底侧)的触点之间的距离宽于远离推杆12设置(在接触梁12a的端侧)的触点之间的距离。换言之，在这里，固定接触电极14a1和活动接触电极13b1之间的距离宽于固定接触电极14a2和活动接触电极13b2之间的距离。台阶S的该高度差优选考虑形成膜时所产生的膜厚度上的变化以及接触梁12a的弯曲量而设定。
因此，与第一实施例类似，当推杆12通过致动器20的驱动沿着操作轴A滑动(移动)时(图中没有示出)，触点对10c中的接触状态和非接触状态在该实施例中通过滑动操作转换。当触点对10c在非接触状态下时，从输入端口Vin到输出端口Vout的传输线15机械地断开，并且转换为off状态(图5A)。同样，如图5B所示，当触点对10c在从非接触状态到接触状态的转变状态时，接触梁12a朝着方向A1移动，并且接触梁12a的端侧设置的活动接触电极13b2首先接触面对活动接触电极13b2的固定接触电极14a2。其后，或者在基本上相同的时间，接触梁12a的基底侧设置的活动接触电极13b1与面对活动接触电极13b1的固定接触电极14a1接触(图5C)。因此，从输入端口Vin到输出端口Vout的传输线15由触点对10c机械地耦合，并且转换为on状态。具体地讲，从输入端口Vin侧输入的信号依次通过固定接触电极14a1、活动接触电极13b1、接触梁12a(堆叠膜12a1)、活动接触电极13b2和固定接触电极14a2输出到输出端口Vout。
这里，多对固定接触电极14a1和14a2并列设置在基板11上，并且在设置为面对固定接触电极14a1和14a2的每个接触梁12a上，两个活动接触电极13b1和13b2形成为面对固定接触电极14a1和14a2。因此，与第一实施例类似，实现了这样的接触结构，其中使每一个都由固定接触电极14a1和14a2、活动接触电极13b1和13b2以及接触梁12a组成的触点对10c并列化。因此，还是在该实施例中，固定接触电极14a1和活动接触电极13b1之间的接触以及固定接触电极14a2和活动接触电极13b2之间的接触以足够的接触压力在所有的触点对10c中基本上均匀地建立。因此，能够获得与第一实施例相同的效果。
此外，在该实施例中，预定的台阶S提供在固定接触电极14a1和固定接触电极14a2之间，从而靠近推杆12设置的触点之间的距离宽于远离推杆12设置的触点之间的距离。这里，当接触梁12a中所有的接触点在非接触状态下时，接触梁12a的基底部分(接触梁12a和推杆12的连接部分)用作支点，但是在任何一个触点通过接触梁12a的移动进行接触后，该接触位置成为接触梁12a的新支点。当假设有这样的结构，其中靠近推杆12设置的触点(固定接触电极14a1和活动接触电极13b1)由于膜形成变化等首先进行接触，例如，如图6所示，则接触梁12a易于由于该接触位置作为支点而变形。因此，长冲程(long stroke)或者强的力或者它们二者对于使远离推杆12设置的触点(固定接触电极14a2和活动接触电极13b2)接触是必要的。从而，增加了致动器的尺寸，进而增加了装置的尺寸。可能发生这样的最坏情况，接触点彼此没有接触，并且转换操作易于不稳定。
在该实施例中，通过提供台阶S，远离推杆12设置的固定接触电极14a2和活动接触电极13b2的接触比靠近推杆12设置的固定接触电极14a1和活动接触电极13b1的接触早(或者在基本上相同的时间)。因此，即使发生如上所述的膜形成变化，也防止由接触梁12a的变形引起的接触失败(特别是，接触梁12a端侧的接触失败)，因此能够使每个触点对10c中的触点的接触压力均匀。
另外，在第三实施例中，尽管作为示例已经描述了在每个触点对10c中提供一个台阶S的情况，但是台阶S的数量可以为两个或更多，就是说，固定接触电极14a1和固定接触电极14a2之间可以提供多个台阶。改变触点之间距离的方法不限于台阶S，而是可以采用图7A所示的楔形S1。作为选择，如图7B所示，楔形S2提供在腔体11a的壁上很宽的范围内，并且固定接触电极14a1和14a2可以提供在楔形S2的倾斜表面上。
4.第四实施例
图8A示出了根据第四实施例的接触开关(接触开关1D)的触点对(触点对10d)附近的平面结构(off状态)。图8B示出了在接触状态(on状态)下的触点对10d，并且图中的箭头B示意性地示出了信号流向。另外，相同的参考标号用于与上述的示意性结构以及第一和第二实施例中基本上相同的部件，并且适当省略其描述。
与第一实施例中的接触开关1A类似，接触开关1D是串联式开关，其中多个触点对10d并列设置在基板11上，并且通过推杆12的滑动操作执行传输线15的机械耦合/断开。在基板11上形成的腔体11a的壁上，提供两条传输线15和分别连接到传输线15的两个固定接触电极14a1和14a2，在传输线15中形成输入端口Vin和输出端口Vout。接触梁12a从推杆12突出，以面对固定接触电极14a1和14a2，并且接触梁12a的弹性模量小于推杆12的弹性模量。此外，与第二实施例的接触开关1B类似，为每个触点对10d中的两个固定接触电极14a1和14a2设置两个活动接触电极13b1和13b2。
然而，在该实施例中，接触梁12a沿着垂直于推杆12的操作轴A的方向在两侧突出。此外，固定接触电极14a1和14a2、活动接触电极13b1和13b2以及接触梁12a以推杆12的操作轴A作为对称轴提供为轴对称。换言之，固定接触电极14a1、活动接触电极13b1和接触梁12a组成的组以及固定接触电极14a2、活动接触电极13b2和接触梁12a组成的组在每个触点对10d中彼此轴对称。
因此，与第一实施例类似，当推杆12通过致动器20的驱动沿着操作轴A滑动(移动)时(图中没有示出)，触点对10d中的接触状态和非接触状态在该实施例中通过滑动操作转换。当触点对10d在非接触状态下时，从输入端口Vin到输出端口Vout的传输线15机械地断开，并且转换为off状态(图8A)。同样，当触点对10d在接触状态下时，从输入端口Vin到输出端口Vout的传输线15由触点对10d机械地耦合，并且转换为on状态(图8B)。具体地讲，从输入端口Vin侧输入的信号依次通过固定接触电极14a1、活动接触电极13b1、接触梁12a(堆叠膜12a1)、活动接触电极13b2和固定接触电极14a2输出到输出端口Vout。
在下文，将描述示意性结构示例以及第一至第四实施例中描述的接触开关中的配线布置和致动器20的示例。另外，第四实施例的接触开关1D的结构用在该描述中并代表这些实施例。
配线布置示例
图9示意性地示出了接触开关1D中具体的配线布置。接触开关1D具有GSGSG结构，其中信号线SIG(对应于传输线15、固定接触电极14a1和14a2、活动接触电极13b1和13b2以及接触梁12a)和接地线GND基本上交替地设置在基板11上。接地线GND提供在基板11表面上的绝缘膜上，作为设定为接地电位的固定电极。
对于这样的配线布置，能够减小功耗，特别是在高频信号中。原因如下。就是说，传输线15隔着绝缘膜(图中没有示出)形成在基板11上，并且当信号输入到绝缘膜上的传输线15时，该输入信号可能辐射到接地线GND。因此，在接地线GND设置在远离传输线15的位置的情况下，增加了信号辐射量。从而，与该布置示例类似，接地线GND通过采用GSGSG结构设置在传输线15附近，并且能够减小信号辐射量和功耗。
在该布置示例中，一部分腔体11a具有阶梯结构，并且接地线GND也形成在阶梯结构部分中。此外，尽管推杆12和接触梁12a的每一个都由彼此相同材料且相同厚度的板构件形成，但是接触梁12a形成为被看作弹性体，而推杆12形成为被看作刚性体。具体地讲，接触梁12a看作弹性体，例如，采用硅半导体的一个板构件，厚度约为0.5μm至4.0μm(均包含端值)。同样，推杆12看作刚性体，由与接触梁12a相同材料且相同厚度的多个板构件的组合形成阶梯结构，以提高机械强度。
致动器20的结构示例
图10A和10B示出了致动器20的示意性结构。在接触开关1D中，致动器20通过MEMS技术加工基板11而形成，就是说，传输线15、触点对10d、推杆12和致动器20提供在基板11上的相同水平面中。致动器20作为横向驱动的所谓静电MEMS致动器，包括沿着与推杆12相同的操作轴(操作轴A)滑动的活动电极21和固定到基板11的固定电极22，并且通过静电力沿着操作轴A移动活动电极21。另外，在图10A和10B中，为了简便起见而省略示出传输线15以及固定接触电极141a1和141a2。
活动电极21和固定电极22的每一个都为梳齿状电极，并且设置为彼此啮合。活动电极21和固定电极22例如如后所述形成。就是说，通过蚀刻和光刻技术进行三维加工基板11而形成梳齿状基材后，基材的表面以与固定接触电极14a1和14a2相同类型的堆叠膜(金和钛的堆叠膜)等覆盖，由此形成活动电极21和固定电极22。活动电极21与推杆12接合或一体地形成，并且推杆12与活动电极21的滑动操作一起滑动。在活动电极21和固定电极22中，通过从电源(图中没有示出)施加电压而产生电磁力作为驱动力，因此活动电极21吸在固定电极22侧。
因此，在不施加电压的off状态下(图10A)，当致动器20接收到闭合操作(转换到on状态)的指令，并且驱动电压施加在活动电极21和固定电极22之间时，活动电极21和固定电极22之间产生电磁力。结果，活动电极21沿着操作轴A滑动以靠近固定电极22。相应地，推杆12滑动，并且在触点对10d中形成接触以处于on状态(图10B)。另外，在on状态下，当致动器20接收到开路操作(转换到off状态)的指令时，释放了活动电极21和固定电极22之间的电磁力，并且活动电极21沿着操作轴A滑动以不与固定电极22接触。相应地，推杆12滑动，并且触点对10d中的接触取消，并且部件返回到图10A所示的位置。
这里，尽管静电致动器示例为致动器20，但是通过利用MEMS功能的其它驱动方法的致动器能够应用于致动器20，例如，压电式致动器、电磁致动器和双金属致动器(bimetallic actuator)。
应用示例
图11示出了装备有本发明的接触开关的通讯装置(电子装置)的模块结构。通讯装置装备有各实施例中所述的接触开关作为发送/接收开关301，并且例如为便携式电话、信息便携式终端(PDA)和无线LAN装置。另外，发送/接收开关301形成在SoC的半导体装置中。该通讯装置包括发送电路300A、接收电路300B、转换发送路径和接收路径的发送/接收开关301、高频滤波器302以及发送/接收天线303。
发送电路300A包括两个数字/模拟转换器(DAC)311I和311Q以及两个带通滤波器312I和312Q，对应于I频道的传输数据和Q频道的传输数据，还包括调解器320、传输PLL(锁相环路)电路313和功率放大器314。调解器320包括两个缓冲放大器321I和321Q以及两个混频器322I和322Q，对应于上述的两个带通滤波器312I和312Q，还包括移相器323、加法器324和缓冲放大器325。
接收电路300B包括高频部分330、带通滤波器341和频道选择PLL电路342、中频电路350和带通滤波器343、解调器360和中频PLL电路344以及两个带通滤波器345I和345Q与两个模拟/数字转换器(ADC)346I和346Q，对应于I频道的接收数据和Q频道的接收数据。高频部分330包括低噪声放大器331、缓冲放大器332和334以及混频器333，并且中频电路350包括缓冲放大器351和353以及自动增益控制器(AGC)电路352。解调器360包括缓冲放大器361、两个混频器362I和362Q以及两个缓冲放大器363I和363Q，对应于上述的两个带通滤波器345I和345Q，还包括移相器364。
在该通讯装置中，当I频道的传输数据和Q频道的传输数据输入到发送电路300A时，每个传输数据都由下面的程序处理。就是说，首先，传输数据在DAC 311I和311Q中转换成模拟信号，并且在传输信号带之外的信号成分在带通滤波器312I和312Q中从传输信号去除后，所产生的传输信号提供到调解器320。接下来，在调解器320中，所产生的传输信号通过缓冲放大器321I和321Q提供到混频器322I和322Q，并且在对应于从传输PLL电路313提供的传输频率的频率信号混合到所产生的传输信号且调制后，两种混合信号在加法器324中加合，以获得一个传输信号。此时，在提供给混合器322I的频率信号中，信号相位在移相器323中偏移90°，从而I频道的信号和Q频道的信号彼此垂直地调制。最后，该信号通过缓冲放大器325提供到功率放大器314，从而放大该信号以具有预定的传输功率。功率放大器314中放大的信号通过发送/接收开关301和高频滤波器302提供到天线303，并且该信号由此通过天线303而无线电传输。高频滤波器302用作带通滤波器，以从由通讯装置传输或者在通讯装置中接收的信号去除高频带之外的信号成分。
同样，当来自天线303的信号通过高频滤波器302和发送/接收开关301在接收电路300B中接收时，该信号在下面的程序中处理。就是说，首先，接收信号由高频部分330中的低噪声放大器331放大，并且在接收频率带之外的信号成分在带通滤波器341中从放大的接收信号去除后，所得到的接收信号通过缓冲放大器332提供到混频器333。接下来，从频道选择PPL电路342提供的频率信号混合到所得到的接收信号，以从预定接收频道的信号获得中频信号，并且该中频信号通过缓冲放大器334提供到中频电路350。接下来，在中频电路350中，该中频信号通过缓冲放大器351提供到带通滤波器343，以从中频信号中去除中频信号的频带之外的信号成分，并且在所得到的信号在AGC电路352中形成为基本恒定增益信号后，该增益信号通过缓冲放大器353提供到解调器360。接下来，在解调器360中，在该信号通过缓冲放大器361提供到混频器362I和362Q后，从中频PLL电路344提供的频率信号混合成解调I频道的信号成分和Q频道的信号成分的信号。此时，在提供到混频器362I的频率信号中，该信号相位在移相器364中偏移90°，从而彼此垂直调制的I频道的信号成分和Q频道的信号成分被解调。最后，在I频道的信号和Q频道的信号之外的信号成分分别通过将I频道的信号和Q频道的信号提供到带通滤波器345I和345Q而从由解调器360提供的中频信号中去除后，所得到的信号提供到ADC 346I和346Q，并且转换成数字数据。因此，能够获得I频道的接收数据和Q频道的接收数据。
该通讯装置装备有上述各实施例中描述的接触开关作为发送/接收开关301，因此通过在上述各实施例中描述的作用而具有良好的高频特性。
另外，在该通讯装置中，描述了这样的情况，上述实施例中描述的接触开关应用于发送/接收开关301(半导体器件)，但不限于此。例如，接触开关可应用于发送电路300A和接收电路300B中的混频器322I、322Q、333、362I和362Q，带通滤波器312I、312Q、341、343、354I和345Q，或者高频滤波器302。还是在此情况下，可以获得与如上所述相同的效果。
此前，尽管本发明已经通过实施例进行了描述，但是本发明不限于上述实施例，而是可以进行各种修改。例如，每层的材料、厚度和膜形成方法等不限于各实施例中所述的那些，而是也可以采用其他的材料、其他的厚度和其他的膜形成方法。
在上述实施例中，尽管对接触开关1以及1a至1d的结构进行了具体的描述，但是它不必包括所有的部件，并且还可以包括其他的部件。
本申请包含2010年2月1日提交日本专利局的日本优先权专利申请JP2010-020372中公开的相关主题，其全部内容通过引用结合于此。
本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。

Claims (7)

1.一种接触开关，包括：
多个第一触点，并列设置在基板上；
活动构件，包括面对所述多个第一触点的多个梁，并且形成为在所述基板面内沿着所述第一触点的排列方向可滑动；以及
多个第二触点，分别提供在所述梁的与所述第一触点相面对的面上，
其中，
每个第一触点都包括多个固定接触电极，并且
对于每个所述固定接触电极，在所述活动构件的每个梁上设置作为所述第二触点的活动接触电极，
所述基板包括在所述多个固定接触电极之间的台阶，并且
在所述梁的基底侧的所述固定接触电极和所述活动接触电极之间的间隔宽于在所述梁的端侧的所述固定接触电极和所述活动接触电极之间的间隔。
2.根据权利要求1所述的接触开关，其中
所述活动构件包括沿着所述第一触点的排列方向延伸的支撑体，并且
所述梁沿着所述基板面内与所述排列方向垂直的方向从所述支撑体突出。
3.根据权利要求2所述的接触开关，其中，在所述活动构件中，所述梁的弹性模量设定为小于所述支撑体的弹性模量。
4.根据权利要求2所述的接触开关，其中
每个第一触点包括多个固定接触电极，
对于每个所述固定接触电极，设置作为所述第二触点的活动接触电极，并且
所述固定接触电极、所述活动接触电极和所述梁以所述支撑体的操作轴作为对称轴而轴对称设置。
5.根据权利要求1所述的接触开关，还包括：
在所述基板上，
信号线，电连接到所述多个第一触点的每一个，以传输信号；以及
接地线，设置在各信号线之间。
6.根据权利要求1所述的接触开关，还包括：驱动部分，通过驱动所述活动构件来转换所述第一触点和所述第二触点到接触状态或非接触状态，其中
所述驱动部分包括微机电系统致动器。
7.根据权利要求6所述的接触开关，其中所述微机电系统致动器构造为横向驱动的静电微机电系统致动器。
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