CN107077999B - 开关装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种静电驱动型开关装置和包括该开关装置的电子设备。该开关装置包括：可移动电极，其具有第一可移动电极片、第二可移动电极片和可移动接触点；包括第一固定电极片和第二固定电极片的第一固定电极；包括第三固定电极片和第四固定电极片的第二固定电极；第一固定接触点；第二固定接触点；和弹性支撑部。为了迅速执行开关的切换操作，第一固定电极片以比第二固定电极片与第一可移动电极片之间的间隙窄的间隙与第一可移动电极片相对，第三固定电极片以比第四固定电极片与第二可移动电极片之间的间隙窄的间隙与第二可移动电极片相对。

Description

开关装置和电子设备
技术领域
本技术涉及一种静电驱动型开关装置和包括该静电驱动型开关装置的电子设备。
背景技术
MEMS(微机电系统)开关是一种通过物理接触来切换导通(ON)/关断(OFF)的机械开关，MEMS开关的主要特点是具有比半导体开关高的绝缘特性、线形性和高耐压性。
静电驱动型MEMS开关在可移动电极与固定电极之间提供电位差，通过静电引力驱动致动器，通过使接触点彼此接触而使得开关处于导通状态。在关断开关的情形中，通常是使电极之间的电位差成为零，并利用复位弹簧的恢复力使电极回归至各自的初始位置，从而使接触点分离。
作为切换型开关的主要特性的切换时间，是由开关从关断状态变为导通状态的操作时间、以及开关从导通状态变为关断状态的复位时间确定的。开关的操作时间是依据电位差、电极的相对面积、复位弹簧的弹簧常数、以及使接触点移动直到彼此接触为止的移动距离而变化。为了缩短操作时间，可软化弹簧、增大电位差、以及增大电极面积。另一方面，开关的复位时间是依据复位弹簧的弹簧常数和接触点的附着力而变化。为了缩短复位时间，可硬化弹簧或弱化附着力。
然而，接触点的附着力是由接触点的形状、接触点的材料以及表面状态决定的，所以很难随意控制附着力。此外，因为弹簧常数和开关的驱动电压具有折衷关系，所以当通过硬化弹簧来缩短复位时间时，驱动电压增大。当复位时间较长时，切换时间延长，切换开关的性能降低。
作为克服这种问题的一个方法，已知的是分开放置用于复位的电极以提高复位力的方法。例如，在专利文献1中，描述了一种机电开关，其中当利用静电力朝着基板方向拖拽梁时，固定至梁的信号传输电极分别与位于基板上的一对信号传输下部电极接触。该机电开关进一步包括放置在梁周围的固定梳齿电极，所述机电开关构造为通过在所述固定梳齿电极与梁之间产生静电力使梁复位至初始位置。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本待审公开专利申请No.2007-234582
发明内容
技术问题
例如，MIMO(多入多出，Multi Input Multi Output)电路中使用的开关需要具有仅仅对多个接触点之中的任意接触点进行继断的单极多投功能，以将输入信号连接至与该输入信号的类型对应的适当电路。此外，在该情形中，期望的是从一个接触点到另一个接触点的迅速切换，所以必须缩短开关的操作时间或复位时间。
将于上述情况，本技术的目的是提供一种能够迅速地执行开关的切换操作的开关装置和包括该开关装置的电子设备。
解决问题的方案
根据本技术实施方式的开关装置包括可移动电极、第一固定电极、第二固定电极、第一固定接触点、第二固定接触点和弹性支撑部。
所述可移动电极包括第一可移动电极片、第二可移动电极片和可移动接触点。
所述第一固定电极包括第一固定电极片和第二固定电极片，所述第一固定电极片和所述第二固定电极片彼此相对且在所述第一固定电极片与所述第二固定电极片之间设置有所述第一可移动电极片。所述第一固定电极片以比所述第二固定电极片与所述第一可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第一可移动电极片相对。
所述第二固定电极包括第三固定电极片和第四固定电极片，所述第三固定电极片和所述第四固定电极片彼此相对且在所述第三固定电极片与所述第四固定电极片之间设置有所述第二可移动电极片。所述第三固定电极片以比所述第四固定电极片与所述第二可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第二可移动电极片相对。
所述第一固定接触点构造为能够与通过所述可移动电极和所述第一固定电极之间的静电引力在第一方向上移动的所述可移动接触点接触。
所述第二固定接触点构造为能够与通过所述可移动电极和所述第二固定电极之间的静电引力在与所述第一方向相反的第二方向上移动的所述可移动接触点接触。
所述弹性支撑部弹性地支撑所述可移动电极，使所述可移动电极能够在所述第一方向和所述第二方向上移动。
在所述开关装置中，第一可移动电极片被偏置于第一固定电极片侧。因此，当在第一固定电极与可移动电极之间施加电位差时，可通过在第一可移动电极片与第一固定电极之间产生的静电引力使可移动接触点迅速地向着第一固定接触点移动。此外，当切换接触点时，代替第一固定电极，改为在第二固定电极与可移动电极之间施加电位差。此时，除了弹性支撑部导致的可移动电极的弹性复位力之外，还可通过在第二可移动电极片与第三固定电极之间产生的静电引力使可移动接触点向着第二固定接触点移动。因此，可迅速地执行开关的切换操作。
通常，在所述可移动接触点与所述第一固定接触点接触的第一状态中，所述第二可移动电极片以第一距离与所述第三固定电极片相对，并且以比所述第一距离大的第二距离与所述第四固定电极片相对。
类似地，在所述可移动接触点与所述第二固定接触点接触的第二状态中，所述第一可移动电极片以所述第一距离与所述第一固定电极片相对，并且以所述第二距离与所述第二固定电极片相对。
所述第二距离可小于或等于所述第一距离的两倍。因此，可在确保开关的迅速切换操作的同时，抑制装置尺寸的增加。
所述开关装置可进一步包括驱动电路。所述驱动电路构造为选择性地执行第一驱动模式和第二驱动模式。在所述第一驱动模式中，将小于或等于所述可移动电极与所述第一固定电极之间的吸合电压的1.4倍的操作电压施加在所述可移动电极与所述第一固定电极之间，以将所述可移动接触点的状态切换至所述第一状态。在所述第二驱动模式中，将小于或等于所述可移动电极与所述第二固定电极之间的吸合电压的1.4倍的操作电压施加在所述可移动电极与所述第二固定电极之间，以将所述可移动接触点的状态切换至所述第二状态。
因此，可在确保开关的迅速切换操作的同时，减小用于切换所必需的操作电压。
所述可移动电极可进一步包括连结杆，所述连结杆公共地支撑所述第一可移动电极片、所述第二可移动电极片和所述可移动接触点，所述连结杆与所述第一方向和所述第二方向平行地延伸。
在该情形中，所述可移动接触点可设置在所述第一可移动电极片与所述第二可移动电极片之间，并且所述弹性支撑部可分别设置在所述连结杆的两端。
可选择地，所述可移动接触点可分别设置在所述连结杆的两端，并且所述弹性支撑部可设置在所述第一可移动电极片与所述第二可移动电极片之间。
根据本技术另一实施方式的开关装置包括多个开关机构，所述多个切换结构的每一个包括：可移动电极、第一固定电极、第二固定电极、第一固定接触点、第二固定接触点和弹性支撑部。
所述可移动电极包括第一可移动电极片、第二可移动电极片和可移动接触点。
所述第一固定电极包括第一固定电极片和第二固定电极片，所述第一固定电极片和所述第二固定电极片彼此相对且在所述第一固定电极片与所述第二固定电极片之间设置有所述第一可移动电极片。所述第一固定电极片以比所述第二固定电极片与所述第一可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第一可移动电极片相对。
所述第二固定电极包括第三固定电极片和第四固定电极片，所述第三固定电极片和所述第四固定电极片彼此相对且在所述第三固定电极片与所述第四固定电极片之间设置有所述第二可移动电极片。所述第三固定电极片以比所述第四固定电极片与所述第二可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第二可移动电极片相对。
所述第一固定接触点构造为能够与通过所述可移动电极和所述第一固定电极之间的静电引力在第一方向上移动的所述可移动接触点接触。
所述第二固定接触点构造为能够与通过所述可移动电极和所述第二固定电极之间的静电引力在与所述第一方向相反的第二方向上移动的所述可移动接触点接触。
所述弹性支撑部弹性地支撑所述可移动电极，使所述可移动电极能够在所述第一方向和所述第二方向上移动。
因此，例如可很容易实现单极4投(SP4T)的开关装置。
根据本技术实施方式的电子设备，包括开关装置，所述开关装置包括：可移动电极、第一固定电极、第二固定电极、第一固定接触点、第二固定接触点和弹性支撑部。
所述可移动电极包括第一可移动电极片、第二可移动电极片和可移动接触点。
所述第一固定电极包括第一固定电极片和第二固定电极片，所述第一固定电极片和所述第二固定电极片彼此相对且在所述第一固定电极片与所述第二固定电极片之间设置有所述第一可移动电极片。所述第一固定电极片以比所述第二固定电极片与所述第一可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第一可移动电极片相对。
所述第二固定电极包括第三固定电极片和第四固定电极片，所述第三固定电极片和所述第四固定电极片彼此相对且在所述第三固定电极片与所述第四固定电极片之间设置有所述第二可移动电极片。所述第三固定电极片以比所述第四固定电极片与所述第二可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第二可移动电极片相对。
所述第一固定接触点构造为能够与通过所述可移动电极和所述第一固定电极之间的静电引力在第一方向上移动的所述可移动接触点接触。
所述第二固定接触点构造为能够与通过所述可移动电极和所述第二固定电极之间的静电引力在与所述第一方向相反的第二方向上移动的所述可移动接触点接触。
所述弹性支撑部弹性地支撑所述可移动电极，使所述可移动电极能够在所述第一方向和所述第二方向上移动。
如上所述，根据本技术，可迅速地执行开关的切换操作。
应当注意，上述的效果必然不是限制性的，其可以是本公开内容中描述的任何效果。
附图说明
图1是显示根据本技术第一实施方式的开关装置的构造的示意性平面图。
图2是沿图1中的线[A]-[A]截取的剖面图。
图3是显示开关装置的操作示例的示意图。
图4是显示与SPST结构中的复位时间相比，开关装置的复位时间(操作时间)的计算结果的示图。
图5是显示与SPST结构中的操作时间相比，开关装置的操作时间的驱动电压依赖性的结果的示图。
图6是显示根据本技术第二实施方式的开关装置的构造的示意性平面图。
图7是显示根据本技术第三实施方式的开关装置的构造的示意性平面图。
图8是显示根据本技术第四实施方式的电子设备的构造的示意性框图。
具体实施方式
下文中，将参照附图描述本技术的实施方式。
<第一实施方式>
图1是显示根据第一实施方式的开关装置的构造的示意性平面图。图2是沿图1中的线[A]-[A]截取的剖面图。在每个图中，X轴和Y轴表示彼此正交的平面方向，Z轴表示与X轴和Y轴正交的高度(厚度)方向。这同样适用于随后的各图。
[开关装置的整体构造]
根据本实施方式的开关装置1构造为体硅MEMS型的静电驱动型推/挽开关。开关装置1通常是通过对SOI(绝缘衬底上的硅，Silicon On Insulator)基板的表面执行精细加工来制备的。SOI基板包括下述层的层压体：由硅构成的支撑层、形成在支撑层上且由硅氧化物(SiO2)构成的BOX(隐埋氧化物，Buried Oxide)层、以及与BOX层接合且由硅构成的有源层(活性层)。
开关装置1包括基板10、第一固定电极21、第二固定电极22、可移动电极30、接触点构造体40、以及弹性支撑部50。这些各个单元构成开关装置1中的致动器单元。
基板10由具有导电性和大致矩形形状的板构件构成。在本实施方式中，基板10由硅基板构成。基板10是通过将SOI基板中的支撑层加工成预定形状而形成的，基板10构造为支撑上述致动器单元的支撑基板。基板10的厚度没有特别限制，例如为几十μm到几百μm。基板10通常连接至GND(地)电位。
上述致动器单元(第一固定电极21、第二固定电极22、可移动电极30、接触点构造体40、以及弹性支撑部50)由导电性的硅基板构成，例如是通过在公共的硅基板上执行精细加工而形成的。具体地说，上述致动器单元由SOI基板中的有源层构成，并且例如具有几Ωcm到几MΩcm的比电阻、以及几μm到100μm的厚度。注意，构成上述致动器单元的各个单元的表面和侧表面可被诸如硅氧化物膜之类的绝缘膜覆盖。
(可移动电极)
可移动电极30包括第一可移动电极片31、第二可移动电极片32和可移动接触点33。
第一可移动电极片31、第二可移动电极片32和可移动接触点33的每一个形成为以X轴方向作为长边方向的大致矩形形状的板状。如图2中所示，第一可移动电极片31、第二可移动电极片32和可移动接触点33沿Y轴方向的宽度尺寸设为小于其沿Z轴方向的高度尺寸。第一可移动电极片31和第二可移动电极片32的每一个具有梳齿形状，并且第一可移动电极片31和第二可移动电极片32布置成在Y轴方向上彼此相对。可移动接触点33布置在第一可移动电极片31与第二可移动电极片32之间。可移动接触点33沿X轴方向的长边比第一可移动电极片31和第二可移动电极片32短。然而，不必说并不限于此。
可移动电极30进一步包括公共地支撑第一可移动电极片31、第二可移动电极片32和可移动接触点33的连结杆34。连结杆34形成为与Y轴方向平行延伸的大致矩形形状的板状，并且连结杆34分别连结至第一可移动电极片31和第二可移动电极片32的中央部以及可移动接触点33的中央部。具体地说，连结杆34起到沿Y轴方向彼此同步地驱动第一可移动电极片31和第二可移动电极片32的推杆的作用。连结杆34沿X轴方向的宽度尺寸等于第一可移动电极片31和第二可移动电极片32的沿Y轴方向的宽度尺寸。
可移动电极30被一对弹性支撑部50支撑，使得可移动电极30与基板10的表面相对且在可移动电极30与基板10的表面之间设置有预定间隙G(见图2)。该对弹性支撑部50分别设置在可移动电极30在Y轴方向上的两端，即连结杆34的两端。弹性支撑部50的每一个包括：形成为以X轴方向作为长边方向的大致矩形形状的板状的弹性板部51、以及分别支撑弹性板部51的两端的一对锚部52。
连结杆34连结至弹性板部51的中央部。弹性板部51具有大致与可移动电极30的厚度相似的厚度，并且弹性板部51构造为能够随着可移动电极30沿Y轴方向的移动而弹性变形(见图3的部分A和部分B)。通常来说，弹性板部51沿Y轴方向的宽度尺寸小于第一可移动电极片31和第二可移动电极片32的沿Y轴方向的宽度尺寸。
如图2中所示，锚部52经由接合部61而固定至基板10的表面。可移动电极30和弹性板部51通过悬架在多个锚部52之间，经由空间(间隙G)而与基板10的表面相对。因此，可移动电极30和弹性板部51被锚部52支撑而不与基板10接触。接合部61是通过将SOI基板中的BOX层构图蚀刻成为预定形状而形成的。
形成在基板10与可移动电极30之间的间隙G对应于接合部61(即BOX层)的厚度。通过在对第一可移动电极片31、第二可移动电极片32、可移动接触点33、连结杆34和弹性板部51执行形状加工之后去除作为它们的基底的BOX层，制备可移动电极30。可移动电极30的加工方法没有特别限制。通常利用诸如反应离子蚀刻(RIE，Reactive Ion Etching)方法之类的各向异性干蚀刻方法来形成。此外，BOX层的加工方法没有特别限制。例如，可应用能够选择性地去除BOX层的各向同性蚀刻工艺。蚀刻方法没有特别限制，可应用湿蚀刻方法和干蚀刻方法。
(第一固定电极和第二固定电极)
第一固定电极21包括一对电极单元211和212，该对电极单元211和212在X轴方向上彼此相对且在两者之间设置有可移动电极30。该对电极单元211和212分别包括：在Y轴方向上彼此相对设置且在两者之间夹持一个第一可移动电极片31的第一固定电极片201和第二固定电极片202，以及支撑第一固定电极片201和第二固定电极片202的一端的锚单元210。锚单元210经由作为上述BOX层的一部分的接合部62而固定至基板10的表面。因此，第一固定电极片201和第二固定电极片202被锚单元210支撑而不接触基板10，第一固定电极片201和第二固定电极片202经由空间(间隙G)与基板10的表面相对。
类似地，第二固定电极22包括一对电极单元221和222，该对电极单元221和222在X轴方向上彼此相对且在两者之间设置有可移动电极30。该对电极单元221和222分别包括：在Y轴方向上彼此相对设置且在两者之间夹持一个第二可移动电极片32的第三固定电极片203和第四固定电极片204，以及支撑第三固定电极片203和第四固定电极片204的一端的锚单元220。锚单元220经由作为上述BOX层的一部分的接合部63而固定至基板10的表面。因此，第三固定电极片203和第四固定电极片204被锚单元220支撑而不接触基板10，第三固定电极片203和第四固定电极片204经由空间(间隙G)而与基板10的表面相对。
第一到第四固定电极片201到204与第一和第二可移动电极片31和32平行设置，并且第一到第四固定电极片201到204沿Y轴方向的宽度尺寸与第一和第二可移动电极片31和32沿Y轴方向的宽度尺寸大致相同。
在第一固定电极21中，位于可移动接触点33侧的第一固定电极片201在Y轴方向上经由间隙(N)与第一可移动电极片31相对，并且第二固定电极片202在Y轴方向上经由间隙(W)与第一可移动电极片31相对。类似地，在第二固定电极22中，位于可移动接触点33侧的第三固定电极片203在Y轴方向上经由间隙(N)与第二可移动电极片32相对，并且第四固定电极片204在Y轴方向上经由间隙(W)与第二可移动电极片32相对。
间隙(N)设为比间隙(W)小的值。因此，第一固定电极片201以比第二固定电极片202与第一可移动电极片31之间的间隙窄的间隙，与第一可移动电极片31相对。另一方面，第三固定电极片203以比第四固定电极片204与第二可移动电极片32之间的间隙窄的间隙，与第二可移动电极片32相对。
(接触点构造体)
接触点构造体40设置在第一固定电极21与第二固定电极22之间，接触点构造体40包括第一固定接触点41、第二固定接触点42和公共接触点43。第一固定接触点41和第二固定接触点42设置成在X轴方向上与公共接触点43彼此相对且在它们之间设置有可移动电极30。
第一固定接触点41和第二固定接触点42设置成在Y轴方向上彼此相对且两者之间夹持可移动接触点33的一端。第一固定接触点41位于可移动接触点33的第二固定电极22侧，并且构造为能够与通过第一可移动电极片31与第一固定电极片201之间的静电引力而在第一方向(图1中的向下方向(-Y方向))上移动的可移动接触点33接触。第二固定接触点42位于可移动接触点33的第一固定电极21侧，并且构造为能够与通过第二可移动电极片32与第三固定电极片203之间的静电引力而在第二方向(图1中的向上方向(+Y方向))上移动的可移动接触点33接触。
第一固定接触点41和第二固定接触点42与第一到第四固定电极片201到204平行设置，并且第一固定接触点41和第二固定接触点42沿Y轴方向的宽度尺寸与第一到第四固定电极片201到204沿Y轴方向的宽度尺寸大致相同。
公共接触点43包括第一分支部431和第二分支部432，第一分支部431和第二分支部432在X轴方向上分别与第一固定接触点41和第二固定接触点42相对。第一分支部431和第二分支部432设置成在Y轴方向上彼此相对且两者之间夹持可移动接触点33的另一端，并且，第一分支部431和第二分支部432分别设置在与第一固定接触点41和第二固定接触点42相同的轴上。
第一固定接触点41和公共接触点43(第一分支部431)在Y轴方向上分别经由间隙(C)与可移动接触点33相对，并且与在第一方向(-Y方向)上移动的可移动接触点33同时接触。类似地，第二固定接触点42和公共接触点43(第二分支部432)在Y轴方向上分别经由间隙(C)与可移动接触点33相对，并且与在第二方向(+Y方向)上移动的可移动接触点33同时接触。间隙C设为小于上述间隙N的值。
间隙G、N和C的尺寸没有特别限制，可根据开关装置的尺寸、规格等适当设定。在本实施方式中，间隙G、N和C的尺寸分别设为满足下面的式(1)的条件。
(W-C)/(N+C)>1 (1)
接触点构造体40构成SPDT(单极双投，Single Pole Double Throw)接触点。具体地说，信号输入线电连接至公共接触点43，第一信号输出线电连接至第一固定接触点41，第二信号输出线电连接至第二固定接触点42。通过接触点构造体40传输的信号没有特别限制，可以是诸如高频信号(RF)、直流信号、交流信号和脉冲信号等电信号，或者它们中的任意信号的叠加信号。
尽管接触点构造体40固定在基板10上，但该固定结构没有特别限制。与第一固定电极21和第二固定电极22类似，接触点构造体40可经由通过BOX层的一部分构成的接合部(省略了其图示)来固定。
[开关装置的操作]
接下来，将描述如上构成的根据本实施方式的开关装置1的典型操作。图3的部分A和部分B是显示开关装置1的一个操作示例的示意图。
开关装置1的状态在如图3的部分A中所示的其中可移动接触点33与第一固定接触点41和公共接触点43接触的第一状态、与如图3的部分B中所示的其中可移动接触点33与第二固定接触点42和公共接触点43接触的第二状态之间切换。在该结构中，可移动电极30和第一固定电极21构成一个致动器(第一致动器)，可移动电极30和第二固定电极22构成另一个致动器(第二致动器)。
开关装置1连接至用于切换第一状态和第二状态的驱动电路60。注意，驱动电路60可构造为开关装置1的一部分。
驱动电路60选择性地执行第一驱动模式和第二驱动模式。
在第一驱动模式中，如图3的部分A中所示，通过在可移动电极30与第一固定电极21(电极单元211和212)之间施加操作电压、并且由于两个电极之间的电位差产生静电引力，可移动接触点33的状态被切换至上述第一状态。因此，输入端(IN)和第一输出端(OUT1)彼此电连接。
另一方面，在第二驱动模式中，如图3的部分B中所示，通过在可移动电极30与第二固定电极22(电极单元221和222)之间施加操作电压、并且由于两个电极之间的电位差产生静电引力，可移动接触点33的状态被切换至上述第二状态。因此，输入端(IN)和第二输出端(OUT2)彼此电连接。
在上述第一状态中，可移动电极30与第二固定电极22之间的电位差保持为零。在该情形中，例如，给移动电极30和第二固定电极22施加相同极性的电位(例如，GND电位)(图3的部分A)。类似地，在上述第二状态中，可移动电极30与第一固定电极21之间的电位差保持为零。此外，在该情形中，例如，给移动电极30和第一固定电极21施加相同极性的电位(例如，GND电位)(图3的部分B)。
注意，代替上述内容，也可在第一状态中给移动电极30和第二固定电极22分别施加正电位，以及在第二状态中给移动电极30和第一固定电极21分别施加正电位。
在根据本实施方式的开关装置中，对于第一固定电极21来说，第一固定电极片201以比第二固定电极片202与第一可移动电极片31之间的间隙窄的间隙(N)，与第一可移动电极片31相对。因此，当将开关装置1的状态从电压未施加状态转换至第一状态时，因为第一固定电极片201能够对第一可移动电极片31造成比由第二固定电极片202造成的静电引力更强的静电引力，所以可恰当地使可移动接触点33向着第一固定接触点41移动。
类似地，对于第二固定电极22来说，第三固定电极片203以比第四固定电极片204与第二可移动电极片32之间的间隙窄的间隙(N)，与第二可移动电极片32相对。因此，当开关装置1的状态从电压未施加状态转换至第二状态时，可恰当地使可移动接触点33向着第二固定接触点42移动。
此外，当开关装置1处于第一状态时，如图3的部分A中所示，第二可移动电极片32以第一距离(N+C)与第三固定电极片203相对，并且以第二距离(W-C)与第四固定电极片204相对，第二距离(W-C)大于第一距离(N+C)。类似地，当开关装置1处于第二状态时，如图3的部分B中所示，第一可移动电极片31以第一距离(N+C)与第一固定电极片201相对，并且以第二距离(W-C)与第二固定电极片202相对。因此，如下面所述，可缩短开关装置1的操作时间。
(对操作时间的研讨)
例如，MIMO(多入多出)电路中使用的开关需要具有仅仅对多个接触点之中的任意接触点进行继断的单极多投功能，以将输入信号连接至与该输入信号的类型对应的适当电路。在该情形中，因为希望从一个接触点到另一个接触点的迅速切换，所以必须缩短开关的操作时间或复位时间。
下文中，将研讨当开关装置1的状态从第一状态(图3的部分A)切换至第二状态(图3的部分B)时开关装置1的操作。
在可移动电极30与第一固定电极21之间的电位差为零、并且在可移动电极30与第二固定电极22之间施加电位差(即操作电压(V))的瞬间的静电引力(F)可由下面的式(2)表示，其中向着操作方向的力为正。
F＝F1-F2
＝{ε0S/(N+C)2}V2/2-{ε0S/(W-C)2}V2/2 (2)
在该式中，F1表示在第二可移动电极片32与第三固定电极片203之间产生的静电引力，F2表示在第二可移动电极片32与第四固定电极片204之间产生的静电引力，ε0表示介电常数，S表示第二可移动电极片32与第三固定电极片203和第四固定电极片204之间的相对面积。
在式(2)中，当F大于0时，因为除了原本充当开关恢复力的弹簧复位力(kC，其中k是弹性支撑部50的弹簧常数，C表示可移动接触点33的位移)以外，上述静电引力(F)也起作用，所以从第一状态到第二状态的复位力增强。因此，可以看出，为了使复位时间比仅具有弹性支撑部的单极单投(SPST，single-pole single-throw)结构中的复位时间短，只需满足(W-C)/(N+C)>1(式(1))的条件。
图4显示了与SPST结构中的复位时间相比，当(W-C)/(N+C)的值变化时的复位时间(操作时间)的计算结果。在图4中，横轴表示复位时间，纵轴表示位移。
从图4可以看出，当满足(W-C)/(N+C)>1时，复位时间比SPST结构中的复位时间短。另一方面，当(W-C)/(N+C)的值增大时，在增大到2或更大值时表现出饱和倾向。因此，可以看出为了避免不必要地增大开关尺寸，只需满足(W-C)/(N+C)<2即可。具体地说，在该情形中，上述第二距离(W-C)设为不超过上述第一距离(N+C)的两倍。
注意，图4中所示的计算结果未考虑可移动接触点33和第一固定接触点41的附着力。实际上，复位力受这些接触点的附着力影响。然而，即使在该情形中，复位力也比SPST结构中的复位力大(复位时间短)。
很显然，上面的研讨还可类似地应用于其中开关装置1的状态从第二状态(图3的部分B)切换至第一状态(图3的部分A)的情形。
如上所述，在根据本实施方式的开关装置1中，因为在弹性支撑部50中的复位弹簧(弹性板部51)的复位力上增加了静电引力所导致的力(F)，所以与SPST结构的情形相比，复位时间(操作时间)缩短。此外，因为不必设置专门的电极来增强复位力，所以可在不增加开关尺寸的情况下缩短复位时间。此外，因为可移动接触点33设置在第一可移动电极片31与第二可移动电极片32之间，所以可实现开关装置1的尺寸的进一步减小。
(对操作电压的研讨)
接下来，将研讨对于开关装置1的状态之间的切换来说必需的驱动电路60的操作电压(V)。
图5显示了与SPST结构中的操作时间相比，当(W-C)/(N+C)的值变化时的操作时间的驱动电压依赖性的结果。在图5中，横轴表示操作电压(V)与吸合电压(Vp)之间的电压比，纵轴表示操作时间(切换时间)。
吸合电压(Vp)是在静电致动器中当超过特定电压时电极被吸合并与接触点接触的电压，其由下面的式(3)表示。
Vp＝{(8kN3)/(27ε0S)}1/2 (3)
在该式中，k表示复位弹簧的弹簧常数，N表示电极之间的间隙，S表示电极之间的相对面积，ε0表示介电常数。在SPST结构的开关中，操作电压的最小值是吸合电压。
如图5中所示，其中仅利用复位弹簧复位的SPST结构的操作时间与V/Vp成反比。另一方面，可以看出根据本实施方式的开关装置(SPDT)的操作时间相对于V/Vp呈线形变化，并且在V/Vp不超过1.4的区域中，根据本实施方式的开关装置(SPDT)的操作时间比SPST结构的操作时间短。也就是说，为了使开关的操作电压不超过1.4倍，只需满足下面的式(4)。
V<1.4×{(8kN3)/(27ε0S)}1/2＝1.4Vp (4)
具体地说，驱动电路60可通过在第一驱动模式中在可移动电极30与第一固定电极21之间施加不超过(小于或等于)这些电极之间的吸合电压的1.4倍的操作电压，将可移动接触点33的状态切换至第一状态。另一方面，驱动电路60可通过在第二驱动模式中在可移动电极30与第二固定电极22之间施加不超过这些电极之间的吸合电压的1.4倍的操作电压，将可移动接触点33的状态切换至第二状态。
如上所述，与SPST结构的情形相比，根据本实施方式的开关装置1可在缩短操作时间的同时减小操作电压。
<第二实施方式>
图6是显示根据本技术第二实施方式的开关装置的构造的示意性平面图。下文中，将主要描述与根据第一实施方式的构造不同的构造，与根据上述实施方式的构造相同的构造将由相同的参考标记表示，并将省略或简化其描述。
根据本实施方式的开关装置2与第一实施方式中的开关装置不同之处在于，在可移动电极30的连结杆34的两端处分别设置可移动接触点331和332，并且在第一可移动电极片31与第二可移动电极片32之间设置弹性支撑部50。因为可移动电极30的其他构造以及第一固定电极21和第二固定电极22的构造与第一实施方式中的那些相同，所以将省略其描述。
此外，在根据本实施方式的开关装置2中，也可获得与根据上述第一实施方式的作用和效果相似的作用和效果。在根据本实施方式中的开关装置2中，因为构成接触点构造体的第一固定接触点41和第二固定接触点42被分离地设置在开关装置2的在Y轴方向上的两端处，所以可如图6中所示，将布线划分为上部和下部。因此，可减小输出端(OUT1和OUT2)之间的串扰。
<第三实施方式>
图7是显示根据本技术第三实施方式的开关装置的构造的示意性平面图。下文中，将主要描述与根据第一实施方式的构造不同的构造，与根据上述实施方式的构造相同的构造将由相同的参考标记表示，并将省略或简化其描述。
根据本实施方式的开关装置3包括第一开关机构71和第二开关机构72。第一开关机构71和第二开关机构72设置成在Y轴方向上彼此相对。第一开关机构71和第二开关机构72每一个包括与第一实施方式中所述的开关装置1相同的构造。
注意，开关机构71和72不限于此，开关机构71和72每一个可构造为第二实施方式中所述的开关装置2。此外，开关机构的数量不限于两个，可设置三个或更多个切换结构。
在根据本实施方式的开关装置3中，第一开关机构71和第二开关机构72中的公共接触点43分别连接至同一信号输入线。因此，构成了SP4T结构的MEMS开关。
此外，在本实施方式中，可获得与根据第一实施方式的作用和效果相似的作用和效果。根据本实施方式，通过设置多个切换结构，可容易地构成SPnT结构的开关装置。
图8是显示包括根据本技术第一实施方式的开关装置的电子设备的构造的框图。
在本实施方式中，电子设备4例如构成诸如便携式信息终端之类的无线模块。电子设备4包括天线81、开关82、接收电路83、发射电路84和处理电路85。接收电路83包括低噪声放大器(LNA)、带通滤波器(BPF)、混合器(MIX)等，发射电路84包括功率放大器(PA)、带通滤波器(BPF)、混合器(MIX)等，但将省略其详细描述。
开关82是用于在天线81与发射电路83之间、以及在天线81与接收电路84之间进行切换的元件，开关82例如构造为第一实施方式中所述的开关装置1。具体地说，在图1中，接触点构造体40的输入端(IN)连接至天线81，第一输出端(OUT1)连接至发射电路84，第二输出端(OUT2)连接至接收电路83。
根据本实施方式，因为发射/接收的切换开关(SW)由根据本技术实施方式的开关装置1构成，所以可迅速执行开关的切换操作，并且可实现具有高绝缘性的小型且高性能的通信装备。
尽管已描述了本技术的实施方式，但本技术不限于上述实施方式，不必说可进行各种修改。
例如，在上述实施方式中，采用了其中第一固定电极21和第二固定电极22的各个电极单元分别设置在可移动电极30的两侧的电极布局。然而，也可采用其中第一固定电极和第二固定电极分别与可移动电极单独组合的电极结构。
此外，在上述实施方式中，作为示例描述了用于通信装备的开关装置。然而，本技术不限于此，其可应用于在各种控制电路中使用的开关装置。
应当注意，本技术可采取下列构造。
(1)一种开关装置，包括：
可移动电极，所述可移动电极包括第一可移动电极片、第二可移动电极片和可移动接触点；
第一固定电极，所述第一固定电极包括第一固定电极片和第二固定电极片，所述第一固定电极片和所述第二固定电极片彼此相对且在所述第一固定电极片与所述第二固定电极片之间设置有所述第一可移动电极片，所述第一固定电极片以比所述第二固定电极片与所述第一可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第一可移动电极片相对；
第二固定电极，所述第二固定电极包括第三固定电极片和第四固定电极片，所述第三固定电极片和所述第四固定电极片彼此相对且在所述第三固定电极片与所述第四固定电极片之间设置有所述第二可移动电极片，所述第三固定电极片以比所述第四固定电极片与所述第二可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第二可移动电极片相对；
第一固定接触点，所述第一固定接触点能够与通过所述可移动电极和所述第一固定电极之间的静电引力在第一方向上移动的所述可移动接触点接触，
第二固定接触点，所述第二固定接触点能够与通过所述可移动电极和所述第二固定电极之间的静电引力在与所述第一方向相反的第二方向上移动的所述可移动接触点接触；和
弹性支撑部，所述弹性支撑部弹性地支撑所述可移动电极，使所述可移动电极能够在所述第一方向和所述第二方向上移动。
(2)根据上面(1)所述的开关装置，其中：
在所述可移动接触点与所述第一固定接触点接触的第一状态中，所述第二可移动电极片以第一距离与所述第三固定电极片相对，并且以比所述第一距离大的第二距离与所述第四固定电极片相对。
(3)根据上面(2)所述的开关装置，其中：
在所述可移动接触点与所述第二固定接触点接触的第二状态中，所述第一可移动电极片以所述第一距离与所述第一固定电极片相对，并且以所述第二距离与所述第二固定电极片相对。
(4)根据上面(2)或(3)所述的开关装置，其中：
所述第二距离小于或等于所述第一距离的两倍。
(5)根据上面(3)或(4)所述的开关装置，进一步包括：
驱动电路，所述驱动电路选择性地执行第一驱动模式和第二驱动模式，其中在所述第一驱动模式中，将小于或等于所述可移动电极与所述第一固定电极之间的吸合电压的1.4倍的操作电压施加在所述可移动电极与所述第一固定电极之间，以将所述可移动接触点的状态切换至所述第一状态；在所述第二驱动模式中，将小于或等于所述可移动电极与所述第二固定电极之间的吸合电压的1.4倍的操作电压施加在所述可移动电极与所述第二固定电极之间，以将所述可移动接触点的状态切换至所述第二状态。
(6)根据上面(1)到(5)任一项所述的开关装置，其中：
所述可移动电极进一步包括连结杆，所述连结杆公共地支撑所述第一可移动电极片、所述第二可移动电极片和所述可移动接触点，所述连结杆与所述第一方向和所述第二方向平行地延伸。
(7)根据上面(6)所述的开关装置，其中：
所述可移动接触点设置在所述第一可移动电极片与所述第二可移动电极片之间，并且
所述弹性支撑部分别设置在所述连结杆的两端。
(8)根据上面(6)所述的开关装置，其中：
所述可移动接触点分别设置在所述连结杆的两端，并且
所述弹性支撑部设置在所述第一可移动电极片与所述第二可移动电极片之间。
(9)一种开关装置，包括：
多个开关机构，所述多个切换结构的每一个包括：
可移动电极，所述可移动电极包括第一可移动电极片、第二可移动电极片和可移动接触点，
第一固定电极，所述第一固定电极包括第一固定电极片和第二固定电极片，所述第一固定电极片和所述第二固定电极片彼此相对且在所述第一固定电极片与所述第二固定电极片之间设置有所述第一可移动电极片，所述第一固定电极片以比所述第二固定电极片与所述第一可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第一可移动电极片相对，
第二固定电极，所述第二固定电极包括第三固定电极片和第四固定电极片，所述第三固定电极片和所述第四固定电极片彼此相对且在所述第三固定电极片与所述第四固定电极片之间设置有所述第二可移动电极片，所述第三固定电极片以比所述第四固定电极片与所述第二可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第二可移动电极片相对，
第一固定接触点，所述第一固定接触点能够与通过所述可移动电极和所述第一固定电极之间的静电引力在第一方向上移动的所述可移动接触点接触，
第二固定接触点，所述第二固定接触点能够与通过所述可移动电极和所述第二固定电极之间的静电引力在与所述第一方向相反的第二方向上移动的所述可移动接触点接触，和
弹性支撑部，所述弹性支撑部弹性地支撑所述可移动电极，使所述可移动电极能够在所述第一方向和所述第二方向上移动。
(10)一种电子设备，包括：
开关装置，所述开关装置包括：
可移动电极，所述可移动电极包括第一可移动电极片、第二可移动电极片和可移动接触点，
第一固定电极，所述第一固定电极包括第一固定电极片和第二固定电极片，所述第一固定电极片和所述第二固定电极片彼此相对且在所述第一固定电极片与所述第二固定电极片之间设置有所述第一可移动电极片，所述第一固定电极片以比所述第二固定电极片与所述第一可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第一可移动电极片相对，
第二固定电极，所述第二固定电极包括第三固定电极片和第四固定电极片，所述第三固定电极片和所述第四固定电极片彼此相对且在所述第三固定电极片与所述第四固定电极片之间设置有所述第二可移动电极片，所述第三固定电极片以比所述第四固定电极片与所述第二可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第二可移动电极片相对，
第一固定接触点，所述第一固定接触点能够与通过所述可移动电极和所述第一固定电极之间的静电引力在第一方向上移动的所述可移动接触点接触，
第二固定接触点，所述第二固定接触点能够与通过所述可移动电极和所述第二固定电极之间的静电引力在与所述第一方向相反的第二方向上移动的所述可移动接触点接触，和
弹性支撑部，所述弹性支撑部弹性地支撑所述可移动电极，使所述可移动电极能够在所述第一方向和所述第二方向上移动。
参考标记列表
1、2、3 开关装置
4 电子设备
10 基板
21 第一固定电极
22 第二固定电极
30 可移动电极
31 第一可移动电极片
32 第二可移动电极片
33 可移动接触点
34 连结杆
41 第一固定接触点
42 第二固定接触点
43 公共接触点
50 弹性支撑部
60 驱动电路
71、72 开关机构
201 第一固定电极片
202 第二固定电极片
203 第三固定电极片
204 第四固定电极片

Claims (9)

1.一种开关装置，包括：
可移动电极，所述可移动电极包括第一可移动电极片、第二可移动电极片和可移动接触点；
第一固定电极，所述第一固定电极包括第一固定电极片和第二固定电极片，所述第一固定电极片和所述第二固定电极片彼此相对且在所述第一固定电极片与所述第二固定电极片之间设置有所述第一可移动电极片，所述第一固定电极片以比所述第二固定电极片与所述第一可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第一可移动电极片相对；
第二固定电极，所述第二固定电极包括第三固定电极片和第四固定电极片，所述第三固定电极片和所述第四固定电极片彼此相对且在所述第三固定电极片与所述第四固定电极片之间设置有所述第二可移动电极片，所述第三固定电极片以比所述第四固定电极片与所述第二可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第二可移动电极片相对；
第一固定接触点，所述第一固定接触点能够与通过所述可移动电极和所述第一固定电极之间的静电引力在第一方向上移动的所述可移动接触点接触，
第二固定接触点，所述第二固定接触点能够与通过所述可移动电极和所述第二固定电极之间的静电引力在与所述第一方向相反的第二方向上移动的所述可移动接触点接触；和
弹性支撑部，所述弹性支撑部弹性地支撑所述可移动电极，使所述可移动电极能够在所述第一方向和所述第二方向上移动，
其中，在所述可移动接触点与所述第一固定接触点接触的第一状态中，所述第二可移动电极片以第一距离与所述第三固定电极片相对，并且以比所述第一距离大的第二距离与所述第四固定电极片相对。
2.根据权利要求1所述的开关装置，其中：
在所述可移动接触点与所述第二固定接触点接触的第二状态中，所述第一可移动电极片以所述第一距离与所述第一固定电极片相对，并且以所述第二距离与所述第二固定电极片相对。
3.根据权利要求1所述的开关装置，其中：
所述第二距离小于或等于所述第一距离的两倍。
4.根据权利要求2所述的开关装置，进一步包括：
驱动电路，所述驱动电路选择性地执行第一驱动模式和第二驱动模式，其中在所述第一驱动模式中，将小于或等于所述可移动电极与所述第一固定电极之间的吸合电压的1.4倍的操作电压施加在所述可移动电极与所述第一固定电极之间，以将所述可移动接触点的状态切换至所述第一状态；在所述第二驱动模式中，将小于或等于所述可移动电极与所述第二固定电极之间的吸合电压的1.4倍的操作电压施加在所述可移动电极与所述第二固定电极之间，以将所述可移动接触点的状态切换至所述第二状态。
5.根据权利要求1所述的开关装置，其中：
所述可移动电极进一步包括连结杆，所述连结杆公共地支撑所述第一可移动电极片、所述第二可移动电极片和所述可移动接触点，所述连结杆与所述第一方向和所述第二方向平行地延伸。
6.根据权利要求5所述的开关装置，其中：
所述可移动接触点设置在所述第一可移动电极片与所述第二可移动电极片之间，并且
所述弹性支撑部分别设置在所述连结杆的两端。
7.根据权利要求5所述的开关装置，其中：
所述可移动接触点分别设置在所述连结杆的两端，并且
所述弹性支撑部设置在所述第一可移动电极片与所述第二可移动电极片之间。
8.一种开关装置，包括：
多个开关机构，所述多个开关机构的每一个包括：
可移动电极，所述可移动电极包括第一可移动电极片、第二可移动电极片和可移动接触点，
第一固定电极，所述第一固定电极包括第一固定电极片和第二固定电极片，所述第一固定电极片和所述第二固定电极片彼此相对且在所述第一固定电极片与所述第二固定电极片之间设置有所述第一可移动电极片，所述第一固定电极片以比所述第二固定电极片与所述第一可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第一可移动电极片相对，
第二固定电极，所述第二固定电极包括第三固定电极片和第四固定电极片，所述第三固定电极片和所述第四固定电极片彼此相对且在所述第三固定电极片与所述第四固定电极片之间设置有所述第二可移动电极片，所述第三固定电极片以比所述第四固定电极片与所述第二可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第二可移动电极片相对，
第一固定接触点，所述第一固定接触点能够与通过所述可移动电极和所述第一固定电极之间的静电引力在第一方向上移动的所述可移动接触点接触，
第二固定接触点，所述第二固定接触点能够与通过所述可移动电极和所述第二固定电极之间的静电引力在与所述第一方向相反的第二方向上移动的所述可移动接触点接触，和
弹性支撑部，所述弹性支撑部弹性地支撑所述可移动电极，使所述可移动电极能够在所述第一方向和所述第二方向上移动，
其中，在所述可移动接触点与所述第一固定接触点接触的第一状态中，所述第二可移动电极片以第一距离与所述第三固定电极片相对，并且以比所述第一距离大的第二距离与所述第四固定电极片相对。
9.一种电子设备，包括：
开关装置，所述开关装置包括：
可移动电极，所述可移动电极包括第一可移动电极片、第二可移动电极片和可移动接触点，
第一固定电极，所述第一固定电极包括第一固定电极片和第二固定电极片，所述第一固定电极片和所述第二固定电极片彼此相对且在所述第一固定电极片与所述第二固定电极片之间设置有所述第一可移动电极片，所述第一固定电极片以比所述第二固定电极片与所述第一可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第一可移动电极片相对，
第二固定电极，所述第二固定电极包括第三固定电极片和第四固定电极片，所述第三固定电极片和所述第四固定电极片彼此相对且在所述第三固定电极片与所述第四固定电极片之间设置有所述第二可移动电极片，所述第三固定电极片以比所述第四固定电极片与所述第二可移动电极片之间的间隙窄的间隙与所述第二可移动电极片相对，
第一固定接触点，所述第一固定接触点能够与通过所述可移动电极和所述第一固定电极之间的静电引力在第一方向上移动的所述可移动接触点接触，
第二固定接触点，所述第二固定接触点能够与通过所述可移动电极和所述第二固定电极之间的静电引力在与所述第一方向相反的第二方向上移动的所述可移动接触点接触，和
弹性支撑部，所述弹性支撑部弹性地支撑所述可移动电极，使所述可移动电极能够在所述第一方向和所述第二方向上移动，
其中，在所述可移动接触点与所述第一固定接触点接触的第一状态中，所述第二可移动电极片以第一距离与所述第三固定电极片相对，并且以比所述第一距离大的第二距离与所述第四固定电极片相对。
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