CN114551165A - Mems开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种MEMS开关，其包括壳体、开关组件、第一致动电极、第一触点、第二致动电极、第二触点，第三致动电极和第四致动电极，当所述第一致动电极和所述第二致动电极之间不施加电压时，所述开关组件处于所述第一关闭状态并与所述第一触点接触。当所述第三致动电极和所述第四致动电极之间施加第一电压时，所述开关组件被驱动偏转，使所述开关组件处于所述打开状态，并与所述第一触点和所述第二触点间隔开。当所述第三致动电极和所述第四致动电极之间施加第二电压时，所述开关组件被驱动偏转，使所述开关组件处于所述第二关闭状态并与所述第二触点接触。本发明提供的MEMS开关具有打开状态和至少一种关闭状态。

Description

MEMS开关

技术领域

本发明涉及微型电子机械系统(MEMS)技术领域，特别是涉及一种MEMS开关。

背景技术

MEMS开关应用于电信领域，以控制电、机械或光信号流。例如，MEMS开关可以是数字用户线(DSL)开关矩阵、移动电话、自动测试设备(ATE)以及其他需要低成本开关或需要低成本和高密度开关阵列的系统。然而，大多数MEMS开关是在打开状态下制造的，并在电源控制下切换到关闭状态。常规的开关在没有电源的情况下是不会关闭的。

发明内容

本发明提供一种MEMS开关，旨在解决现有技术中MEMS开关在没有电源的情况下不会关闭的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种MEMS开关，其包括：MEMS开关包括：壳体；开关组件，收容在所述壳体内，并且在所述开关组件的厚度方向上具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，其中，所述开关组件可在第一关闭状态、第二关闭状态和打开状态之间切换；第一致动电极，固定设置在所述壳体上，设置在所述开关组件的所述第一侧，并与所述开关组件间隔设置；第一触点，固定设置在所述壳体上，设置在所述开关组件的所述第一侧，并与所述开关组件和所述第一致动电极间隔设置；第二致动电极，固定设置在所述开关组件上，并与所述第一致动电极对应；第二触点，固定设置在所述壳体上，设置在所述开关组件的所述第二侧，并与所述开关组件间隔设置；第三致动电极，固定设置在所述壳体上，设置在所述开关组件的所述第二侧，并与所述开关组件间隔设置；第四致动电极，固定设置在所述开关组件上，并与所述第三电极对应，其中，所述开关组件具有沿厚度方向的应力梯度，当所述第一致动电极和所述第二致动电极之间不施加电压时，所述开关组件处于所述第一关闭状态并与所述第一触点接触；当所述第三致动电极和所述第四致动电极之间施加第一电压时，所述开关组件被驱动偏转，使所述开关组件处于所述打开状态，并与所述第一触点和所述第二触点间隔开；当所述第三致动电极和所述第四致动电极之间施加第二电压时，所述开关组件被驱动偏转，使所述开关组件处于所述第二关闭状态并与所述第二触点接触。

优选地，所述开关组件具有相对于所述壳体固定的第一端和相对于所述壳体可自由位移和旋转的第二端，其中，从所述第一致动电极到所述开关组件的所述第一端的距离小于从所述第一触点到所述开关组件的所述第一端的距离。

优选地，所述开关组件进一步包括：核心；第一接触件，设置在所述开关组件所述第一侧的所述核心上，并朝向所述第一触点；以及第二接触件，设置在所述开关组件所述第二侧的所述核心上，并朝向所述第二触点，其中，当所述开关装置处于所述第一关闭状态时，所述第一接触件与所述第一触点接触；当所述开关装置处于所述第二关闭状态时，所述第二接触件与所述第二触点接触。

优选地，所述核心包括至少两个子层，且所述至少两个子层的应力彼此不同；并且/或所述第一接触件具有第一应力，所述第二接触件具有不等于所述第一应力的第二应力；并且/或所述第一接触件具有第一厚度，所述第二接触件具有不等于所述第一厚度的第二厚度；并且/或所述第一接触件具有第一图案，所述第二接触件具有不同于所述第一图案的第二图案；并且/或所述第一接触件由第一材料制成，所述第二接触件由不同于所述第一材料的第二材料制成；并且/或所述第一接触件在大致垂直于厚度的方向上的长度大于所述核心在大致垂直于厚度的方向上的长度，所述第二接触件在所述大致垂直于厚度的方向上的长度小于所述核心的所述长度；并且/或所述核心呈阶梯状；并且/或所述核心由金属制成，在所述厚度方向具有应力梯度。

优选地，所述开关组件进一步包括：第一电介质件，固定在所述第一接触件的与所述核心相对的一侧；以及第二电介质件，固定在所述第二接触件的与所述核心相对的一侧；其中，所述第一接触件具有第一接触部，所述第一接触部从所述第一电介质件上露出，当所述开关组件处于所述第一关闭状态时，所述第一接触部能够与所述第一触点接触；所述第二接触件具有第二接触部，所述第二接触部从所述第二电介质件露出，当所述开关组件处于所述第二关闭状态时，所述第二接触部能够与所述第二触点接触。

优选地，所述第二致动电极固定设置在所述第一电介质件的远离所述第一接触件的表面上。

优选地，所述第一电介质件的厚度和所述第二电介质件的厚度均小于所述核心的厚度。

优选地，所述核心、所述第一电介质件和所述第二电介质件中的每一个都是由氧化物制成的。

优选地，所述壳体包括：基板；以及盖板，与所述基板组装，其中所述盖板和所述基板共同围成收容空间，所述开关组件被收容在所述收容空间中；其中，所述第一致动电极和所述第一触点固定设置在所述基板上；所述第二触点固定设置在所述盖板上。

优选地，MEMS开关进一步包括第一固定件，其中，所述开关组件具有通过所述第一固定件与所述基板固定连接的第一端和与所述第一端相对的第二端；其中，所述开关组件的所述第二端可自由位移并可相对于所述壳体旋转；或者所述开关组件的所述第二端由弹性件支撑。

优选地，所述第一致动电极和所述第一接触点设置在所述第一接触件的同一侧，与所述核心相对。

优选地，所述MEMS开关包括：壳体；开关组件，收容在所述壳体内，并且在所述开关组件的厚度方向上具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；第一致动电极，固定设置在所述壳体上，并设置在所述开关组件的所述第一侧；第一触点，固定设置在所述壳体上，并设置在所述开关组件的所述第一侧；第二致动电极，固定设置在所述开关组件上，并与所述第一致动电极对应；第二触点，固定设置在所述壳体上，并设置在所述开关组件的所述第二侧；第三致动电极，固定在所述壳体上，设置在所述开关组件的所述第二侧，并与所述开关组件间隔设置；以及第四致动电极，固定设置在所述开关组件上，并与所述第三电极相对应，其中，所述开关组件与所述第一触点接触，并且当所述第一致动电极和所述第二致动电极之间不施加电压时，在所述第一触点和所述开关组件之间形成短路。

优选地，所述开关组件包括：核心；第一接触件，设置在所述开关组件所述第一侧的核心上，并朝向所述第一触点；以及第二接触件，设置在所述开关组件所述第二侧的核心上，并朝向所述第二触点，其中，当在所述第三致动电极和所述第四致动电极之间施加第一电压时，所述开关组件被偏转，使所述第一接触件与所述第一触点间隔开，所述第二接触件与所述第二触点间隔开；当所述第三致动电极和所述第四致动电极之间施加第二电压时，所述开关组件向所述第二触点偏转，从而使所述第二接触件能够与所述第二触点接触。

优选地，所述核心包括至少两个子层，所述至少两个子层的应力彼此不同；并且/或所述第一接触件具有第一应力，所述第二接触件具有不等于所述第一应力的第二应力；并且/或所述第一接触件具有第一厚度，所述第二接触件具有不等于所述第一厚度的第二厚度；并且/或所述第一接触件具有第一图案，所述第二接触件具有不同于所述第一图案的第二图案；并且/或所述第一接触件由第一材料制成，所述第二接触件由不同于所述第一材料的第二材料制成；并且/或所述第一接触件在大致垂直于厚度的方向上的长度大于所述核心在所述大致垂直于厚度的方向上的长度，所述第二接触件在所述大致垂直于厚度的方向上的长度小于所述核心的长度；并且/或所述核心呈台阶状；并且/或所述核心由金属制成，在所述厚度方向具有应力梯度。

优选地，所述开关组件具有相对于所述壳体固定的第一端和相对于所述壳体可自由位移和旋转的第二端，其中从所述第一致动电极到所述开关组件的所述第一端的距离小于从所述第一触点到所述开关组件的所述第一端的距离。

优选地，所述开关组件进一步包括：第一电介质件，固定在所述第一接触件的与所述核心相对的一侧；以及第二电介质件，固定在所述第二接触件的与所述核心相对的一侧，其中，所述第一接触件具有第一接触部，所述第一接触部从所述第一电介质上露出，当所述开关组件处于第一关闭状态时，所述第一接触部能够与所述第一触点接触；所述第二接触件具有第二接触部，所述第二接触部从所述第二电介质件上露出，当所述开关组件处于第二关闭状态时，所述第二接触部能够与第二触点接触。

优选地，所述第二致动电极固定设置在所述第一电介质件的远离所述第一接触件的表面上。

优选地，所述第一电介质件的厚度和所述第二电介质件的厚度均小于所述核心的厚度。

优选地，所述壳体包括：基板；以及盖板，与所述基板组装，其中所述盖板和所述基板共同围成收容空间，所述开关组件被收容在所述收容空间中；其中，所述第一致动电极和所述第一触点固定设置在所述基板上；所述第二触点固定设置在所述盖板上。

本发明实施例提供一种MEMS开关。该MEMS开关可具有打开状态和至少一种关闭状态。MEMS开关可通过多个致动机构操作，包括静电机构、电磁机构、电热机构、压电机构、形状记忆机构、固态(SOI、GaAS)机构等，从而MEMS开关可在打开状态和至少一种关闭状态之间切换。

附图说明

为了更清楚地描述本发明的实施例中的技术方案，下面将对实施例的描述中需要使用的附图进行简要描述。显然，下面描述的附图只是本发明的一些实施例，本领域的技术人员可以根据附图获得其他的附图，而不需要创造性的努。

图1是本发明第一实施例提供的MEMS开关第二关闭状态的结构示意图。

图2是本发明第一实施例提供的MEMS开关打开状态的结构示意图。

图3是本发明第一实施例提供的MEMS开关第一关闭状态的结构示意图。

图4是本发明第二实施例提供的MEMS开关的结构示意图。

图5是本发明第三实施例提供的MEMS开关的结构示意图。

图6是本发明第四实施例提供的MEMS开关的结构示意图。

图7是本发明第五实施例提供的MEMS开关的结构示意图。

图8是本发明第六实施例提供的MEMS开关的结构示意图。

图9是本发明第七实施例提供的MEMS开关的结构示意图。

图10是本发明第八实施例提供的MEMS开关的结构示意图。

图11是本发明第九实施例提供的MEMS开关的结构示意图。

图12是本发明第十实施例提供的MEMS开关的结构示意图。

图13是本发明第十一实施例提供的MEMS开关的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例中的技术方案将结合附图对本发明实施例进行清晰完整的描述。显然，所描述的实施例只是本发明的部分实施例，而不是所有的实施例。基于本发明的实施例，本领域的技术人员可以在不做出创造性努力的情况下获得其他实施例。所有这些实施例都属于本发明的保护范围。

图1是本发明第一实施例提供的MEMS开关的结构示意图。在一些实施例中，MEMS开关可以是常闭开关。图1所示的MEMS开关为三态开关，具有一个打开状态和两个关闭状态(包括第一关闭状态(下文中称为″关闭1″)和第二关闭状态(下文中称为″关闭2″))。在通电情况下，该开关在打开状态、关闭1状态和关闭2状态之间切换。如图3所示，MEMS开关通常处于第一关闭状态/关闭1状态。在关闭1状态下，MEMS也被提供驱动力。当MEMS开关被提供第一驱动力时，MEMS开关被切换到图2所示的打开状态。当MEMS开关被提供第二驱动力时，如图1所示，MEMS开关被切换到第二关闭/关闭2状态。在其他实施例中，MEMS开关可以为具有一个打开状态和一个关闭状态的双状态开关，并且在通电情况下，可在打开状态和关闭状态之间进行切换。当MEMS开关没有被提供驱动力时，MEMS开关通常处于关闭状态。当然，在一些实施例中，MEMS开关可以在四个或更多的状态中切换，本发明对此不作限定。

具体地，如图1和图2所示，MEMS开关可包括壳体1和开关组件3。在一些实施例中，壳体1设有收容空间1A。开关组件3可被收容在壳体1的收容空间1A中。在一些实施例中，开关组件3为可移动梁，具体可以为图1中所示的悬臂。开关组件3可包括第一端3a和第二端3b。第一端3a为固定/限制端。在一些实施例中，第一端3a的位移为零并且第一端3a的斜率可以为零从而在第一端3a没有旋转。第一端3a可通过固定件4与壳体1固定连接，并且相对于壳体1固定。第二端3b可以为自由端，可自由位移和旋转，除了刚度之外没有不受任何限制。开关组件3可被驱动以偏转或卷曲，从而开关组件3的自由端3b可围绕固定在固定件4上的第一端3a进一步移动或偏转。当然，在本发明的第三实施例中，如图5所示，也可以省略固定件4，也就是说，第一端3a可直接且固定地连接到壳体1，而不需要通过固定件4。

如图1中进一步所示，开关组件3可包括第一侧3c和与第一侧3c相对的第二侧3d。开关组件3可进一步包括核心31、第一接触件33和第二接触件35。第一接触件33和第二接触件35可设置在或进一步固定在核心31的两个相对的侧面。更具体地说，第一接触件33可以设置在开关组件3的第一侧3c，而第二接触件35可以设置在开关组件3的第二侧3d。第一接触件33和第二接触件35可以直接设置在核心31上并与核心31进一步接触。第一接触件33和第二接触件35可以作为金属欧姆接触或作为传导路径。

核心31可以是电介质核心、金属核心(例如全金属核心)、半导电核心或类似物。也就是说，核心31可以由电介质材料(例如氧化硅)、金属(例如铜)或半导体(例如多晶硅)制成。在一些实施例中，当核心31为电介质核心时，核心31可由氧化物制成。氧化物可以从氧化硅、氮化硅和氧化铝中选择。

在一些实施例中，第一接触件33和第二接触件35可以由金属制成，也就是说，第一接触件33和第二接触件35可以为金属层。在其他一些实施例中，第一接触件33和第二接触件35可以由合金制成。

在一些实施例中，MEMS开关可进一步包括相互间隔的第一致动电极5和第一触点7。第一致动电极5和第一触点7可以固定设置在壳体1的第一侧3c，并朝向第一接触件33。第一致动电极5和第一触点7可以进一步与开关组件3的第一接触件33间隔设置。也就是说，第一致动电极5和第一触点7可设置在第一接触件33的同一侧，该侧为远离核心31或与核心31相对的一侧。在一些实施例中，从第一致动电极5到开关组件3的第一端3a的距离可小于从第一触点7到开关组件3的第一端3a的距离。

类似地，MEMS开关可以进一步包括第二触点8。第二触点8可以固定设置在开关组件3的第二侧3d处的壳体1上，并且朝向第二接触件35。第二触点8可进一步与开关组件3的第二接触件35间隔设置。也就是说，第二触点8可设置在第二接触件35的远离核心31或与核心31相对的一侧。

在一些实施例中，第二致动电极9与开关组件3固定连接，并可与开关组件3一同移动。更具体地说，第二致动电极9可直接设置在第一接触件33的第一侧3c上或与之接触，即，在远离或与核心31相对的一侧。第二致动电极9可以与第一致动电极5对应设置，并朝向第一致动电极5。第二致动电极9可以进一步与第一致动电极5间隔设置。

在一些实施例中，MEMS开关可进一步包括固定设置在壳体1上并与第二触点8间隔设置的第三致动电极12。第三致动电极12朝向第二接触件35。同样地，第四致动电极10可与开关组件3固定连接，并与开关组件3一同移动。更具体地说，第四致动电极10可以直接设置在第二接触件35的第二侧3d上或与第二接触件35的第二侧3d接触。第四致动电极10可与第三致动电极12对应，并朝向第三致动电极12。第四致动电极10可以进一步与第三致动电极12间隔设置。

在一些实施例中，开关组件3可以具有内在应力梯度，以导致开关组件3卷曲和偏转，从而使开关组件3与第一触点7或第二触点8接触，或者与第一触点7和第二触点8间隔开而不与第一触点7和第二触点8接触。例如，如图3所示，开关组件3由于内在应力而向第一触点7卷曲。这就是通常的关闭1状态。在关闭1状态下，第一致动电极5和第二致动电极9上没有施加电压。也就是说，开关组件3与第一触点7的接触只是因为内在应力。需要注意的是，图2显示的是MEMS开关的打开状态。当在第三致动电极12和第四致动电极10上施加电压时，开关组件3被拉起以断开与第一触点7的接触。然而，如上所述，MEMS开关通常是关闭的，在停止对第三致动电极12和第四致动电极10施加致动电压时，第一接触部件33通常与第一触点7接触。

在一些实施例中，开关组件3在开关组件3的厚度方向上具有应力梯度，从而使开关组件3卷曲或偏转以朝向第一触点7位移和关闭。所以，开关组件3可以偏转以与第一触点7接触。在通常的关闭1状态下的接触力是开关组件3的应力梯度的唯一效果。应该注意的是，图1-图3中所示的MEMS开关有两种工作方式。在第一种方式中，当应力梯度大到足以使开关组件3卷曲时，开关组件3能够与第一触点7接触。在通常的关闭1状态下，不需要第一致动电极5和第二致动电极9。然而，在第二种方式中，当应力梯度不足以使开关组件3卷曲到与第一触点7接触时，可以在第一致动电极5和第二致动电极9上施加电压，使开关组件3偏转到与第一触点7接触，实现通常的关闭1的状态。

此外，在本发明的第二实施例中，如图4所示，MEMS开关不包括第一实施例中的第一致动电极5和第二致动电极9。在这个实施例中，MEMS开关只能以一种方式工作。开关组件3与第一触点7的接触只是因为应力梯度的存在。应力梯度使开关组件3卷曲以与第一触点7接触。

开关组件3的应力梯度可以通过多种方式产生，这些方式具有不同的积极或消极属性。应力梯度可以描述为应力的变化除以通过开关组件3的厚度变化：Δσ/Δt，其中σ是应力，t是厚度。有许多方法可以产生应力梯度。

例如，在第一实施例中，核心31可以是通过沉积在第一接触件33上形成的氧化物核心。第一接触件33和第二接触件35可以是相同的，即具有相同的配置，包括形状和尺寸。在这种情况下，可以改变核心31的沉积条件。例如，可以改变沉积温度或无线电频率的功率，以产生开关组件3的厚度方向上的应力变化。

在本发明的第四实施例中，核心31可以分为至少两个子层311，并且每个子层311可以具有不同的应力。也就是说，至少两个子层311的应力可以是彼此不同的。例如，如图6所示，核心31可以被分为三个子层311。

在本发明的第五实施例中，如图7所示，核心3l可具有均匀的平均应力(即，在核心31中不具有应力的梯度)。然而，第一接触件33和第二接触件35可以彼此不同，从而可以在开关组件3的厚度方向上产生应力梯度。例如，如图7所示，第一接触件33可以具有第一应力σ1，而第二接触件35可以具有第二应力σ2，并且σ1≠σ2。

在本发明的第六实施例中，如图8所示，核心31可以具有均匀的平均应力(即，在核心31中不具有应力的梯度)，并且第一接触件33的应力可以与第二接触件35的应力相同。然而，第一接触件33的厚度可以不同于或不等于第二接触件35的厚度，这样，应力梯度可以在开关组件3的厚度方向上产生。例如，如图8所示，第一接触件33的厚度可以小于第二接触件35的厚度，因此可以产生应力梯度。

在本发明的第七实施例中，如图9所示，核心31可以具有均匀的平均应力(即，在核心31中不具有应力的梯度)，并且第一接触件33和第二接触件35可以具有相同的应力和相同的厚度。然而，第一接触件33的图案可以与第二接触件35的图案不同，以此产生应力梯度。

在本发明的第八实施例中，如图10所示，核心31可以具有均匀的平均应力(即，在核心31中不具有应力的梯度)，并且第一接触件33和第二接触件35可以具有相同的应力和相同的厚度。然而，第一接触件33可以与第二接触件35的材料不同，以此产生应力梯度。例如，如图10所示，第一接触件33的材料可以是TiN，而第二接触件35的材料可以是Ti/AlCu。

在本发明的第九实施例中，如图11所示，核心31可以具有均匀的平均应力(即，在核心31中不具有应力的梯度)，并且第一接触件33和第二接触件35可以具有相同的应力和相同的厚度。然而，第一接触件33可以与第二接触件35的堆叠方向不同，以此产生应力梯度。例如，如图11所示，第一接触件33可以包括底面的Ti/AlCu层332，而第二接触件35可以包括顶面的TiN层352。

在本发明的第十实施例中，相对于本发明的第一实施例，第十实施例也可以在第一端3a处修改开关组件3的锚或根。例如，如图12所示，第一接触件33在大致垂直于厚度的方向上的长度可以大于核心31在大致垂直于厚度的方向上的长度，从而第一接触件33可以被延长以覆盖固定件4。第二接触件35在大致垂直于厚度的方向上的长度可以小于核心31的长度。因此，可以产生有效的应力梯度，使开关组件3发生偏移。

在可选的实施例中，核心31不具有名义上的均匀厚度结构，核心31可以是阶梯形状的。也就是说，核心31可以具有阶梯结构。因此，应力梯度也可以在开关组件3中产生。

在其他可选的实施例中，核心31可以由金属制成，并且核心31本身可以具有厚度方向上的应力梯度。

综上所述，开关组件3的厚度方向上的任何不对称性都可产生有效的应力梯度。此外，应力梯度可被设计为产生所需的响应(例如，所需的挠度)，并可基于如前所述的所有特征的组合。在本发明的第十一实施例中，例如，如图13所示，核心31可以包括三个具有不同应力的子层311，第一接触件33和第二接触件35可以在应力、厚度、图案、材料等方面有所不同。本发明实施例不限定产生应力梯度的具体方式。

此外，第一致动电极5可以与第二致动电极9共同工作，使得开关组件3可以被驱动移位，从而使第一接触件33与第一触点7接触，或者使第二接触件35与第二触点8接触，或者使开关组件3可以被驱动与第一触点7和第二触点8间隔开。

MEMS开关的工作过程将在下文中描述。下文将以由静电机构供电的MEMS开关为例进行描述。如上所述，MEMS开关是常闭的，并且如图3所示，当第一致动电极5和第二致动电极9之间不施加电压，并且开关组件3具有应力梯度的情况下，MEMS开关通常处于关闭1的状态。在这种状态下，第一触点7与第一接触件33接触，这样，开关组件3可以与外部电路电连接。当在第三致动电极12和第四致动电极10之间施加第一电压时，开关组件3可被驱动偏转，从而使开关组件3与第一触点7和第二触点8间隔开，因此开关组件3可与外部电路断开连接。在这种情况下，如图2所示，MEMS开关处于打开状态。当在第三致动电极12和第四致动电极10之间施加第二电压时，第二接触件35可被驱动向第二触点8移动并进一步与第二触点8接触，此时MEMS开关处于关闭2的状态，如图1所示。

当第一致动电极5和第二致动电极9导致了关闭1状态时，在第一致动电极5和第二致动电极9上施加第三电压。应该注意的是，第三电压小于第二电压。因为开关组件3的应力梯度使其自身向第一触点7卷曲，这就减少了第一触点7和开关组件3之间的偏移距离。

此外，由于MEMS开关是常闭开关，当MEMS开关连接在一对端子上时，有可能防止静电放电(ESD)或高电压击穿(VBD)。这些端子可以是电浮动的，不受特定电压的控制。端子对之间的连接相当于电容、电阻或电感，也可以视为电隔离。当本发明的一些实施例中所描述的MEMS开关应用于两个分离的端子时，会产生一个低电阻的传导路径，这样就不会在端子上产生高电压(HV)，因此在电流不受限制的情况下，可以减少出现VBD或电过应力损伤(EOD)的可能性。当然，当其中一个端子接地或连接到一个固定电压时，就不会产生高压。

在一些实施例中，MEMS开关可具有固定电阻，这是在终端上产生小的压降导致的结果。

在一些实施例中，第一接触件33、第二接触件35、第一致动电极5、第一触点7、第二触点8和第二致动电极9可以根据需要由电介质、导体和半导体的任何组合的材料制成。例如，该组合可以包括电介质-电介质、导体-导体、半导体-半导体、电介质-导体、电介质-半导体、导体-半导体等。在一些实施例中，第一接触件33、第二接触件35、第一致动电极5、第一触点7、第二触点8和第二致动电极9可以由铝(或铝合金，如Al-0.5％Cu、Al-0.5％Si或类似材料)、金、铜或其他导电材料制成。本发明不限制用于制成第一接触件33、第二接触件35、第一致动电极5、第一触点7、第二触点8和第二致动电极9的材料。

如图1和图2进一步所示，壳体1可以包括基板11和与基板11组装的盖板13，基板11和盖板13共同围成收容空间1A。第一致动电极5和第一触点7可以固定设置在基板11上，并且开关组件3可通过固定件4固定在基板11上。第二触点8可固定设置在盖板13上。

在一些实施例中，固定件4可包括但不限于固定柱、固定杆、支架等。开关组件3的第一端3a可连接到固定件4，开关组件3的自由端3b可围绕第一端3a旋转。

在一些实施例中，如图1和图2中进一步所示，开关组件3可以进一步包括固定在第一接触件33的一侧的第一电介质件37，该侧远离核心31或者与核心31相对。第二致动电极9可固定设置在第一电介质件37的远离第一接触件33的表面上。第二电介质件39可以进一步固定在第二接触件35的远离核心31或与核心31相对的一侧。第一电介质件37可以被图案化，以使第一接触件33具有第一接触部331，第一接触部331从第一电介质件37暴露，并且当开关组件3向第一触点7偏转时能够与第一触点7接触。第二电介质件39也可以被图案化，使第二接触件35具有第二接触部351，第二接触部351从第二电介质件39暴露，并且在开关组件3向第二触点8偏转时能够与第二触点8接触。

在如图1和图2所示的实施例中，第二电极9设置或固定在开关组件3的第一侧3c处的第一电介质件37上。然而，在一些实施例中，可以将第二电极9设置或固定在开关组件3的第二侧3d上。也就是说，第二电极9可以设置或固定在第二电介质件39上。

在一些实施例中，第一核心31、第一电介质件37和第二电介质件39可以由氧化物制成。氧化物从氧化硅、氮化硅和氧化铝中选择。

在一些实施例中，第一电介质件37的厚度和第二电介质件39的厚度均小于核心31的厚度。

在上述实施例中，开关组件3可以为悬臂。然而，在一些实施例中，开关组件3可以为弹簧悬臂。例如，在本发明的一些实施例中，MEMS开关可进一步包括弹簧。第一端3a可以是固定/限制端，被固定件4限制。第二端3b可以为自由端，在弹簧允许的范围内自由位移，并在弹簧限制的范围内旋转。这样，可以限制真正的悬臂所实现的偏移。与作为悬臂的开关组件3相比，具有连接到弹簧的第二端3b的开关组件3可以具有更多的位移和旋转。在一些实施例中，弹簧可以被任何弹性部件取代，该弹性部件可以提供类似于弹簧的弹性力。此时，开关组件3也可以被称为弹性悬臂。

在一些实施例中，开关组件3也可以固定-固定或双重支撑的配置方式实现。例如，在本发明的一些实施例中，MEMS开关可进一步包括额外的固定件。第一端3a为固定/限制端，被固定件4所限制。第二端3b也可以为固定/限制端，由额外的固定件限制。

在一些实施例中，开关组件3也可以以多支撑的配置实现，即在多个侧面、边缘或点上支撑。

因此，开关组件3的几何配置可以通过悬臂、弹簧或弹性悬臂、固定-固定配置或多支撑配置来实现，本发明的实施例对此不作限制。此外，还可以根据需要选择不同配置的开关组件3的传感机构。当开关组件3由静电机构供电时，可根据开关组件的结构、几何形状和材料特性选择施加在开关组件3上的电压，本发明对此不作限制。

本发明实施例提供一种MEMS开关。该MEMS开关可具有打开状态和至少一种关闭状态。MEMS开关可通过多个致动机构操作，包括静电机构、电磁机构、电热机构、压电机构、形状记忆机构、固态(SOI、GaAS)机构等，从而MEMS开关可在打开状态和至少一种关闭状态之间切换。

以上仅是本发明的实施例。应当指出的是，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的发明思想的情况下进行改进，但这些改进属于本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种MEMS开关，其特征在于，所述MEMS开关包括：

壳体；

开关组件，收容在所述壳体内，并且在所述开关组件的厚度方向上具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，其中，所述开关组件可在第一关闭状态、第二关闭状态和打开状态之间切换；

第一致动电极，固定设置在所述壳体上，设置在所述开关组件的所述第一侧，并与所述开关组件间隔设置；

第一触点，固定设置在所述壳体上，设置在所述开关组件的所述第一侧，并与所述开关组件和所述第一致动电极间隔设置；

第二致动电极，固定设置在所述开关组件上，并与所述第一致动电极对应；

第二触点，固定设置在所述壳体上，设置在所述开关组件的所述第二侧，并与所述开关组件间隔设置；

第三致动电极，固定设置在所述壳体上，设置在所述开关组件的所述第二侧，并与所述开关组件间隔设置；

第四致动电极，固定设置在所述开关组件上，并与所述第三电极对应，

其中，所述开关组件具有沿厚度方向的应力梯度，当所述第一致动电极和所述第二致动电极之间不施加电压时，所述开关组件处于所述第一关闭状态并与所述第一触点接触；

当所述第三致动电极和所述第四致动电极之间施加第一电压时，所述开关组件被驱动偏转，使所述开关组件处于所述打开状态，并与所述第一触点和所述第二触点间隔开；

当所述第三致动电极和所述第四致动电极之间施加第二电压时，所述开关组件被驱动偏转，使所述开关组件处于所述第二关闭状态并与所述第二触点接触。

2.根据权利要求1所述的MEMS开关，其特征在于，所述开关组件具有相对于所述壳体固定的第一端和相对于所述壳体可自由位移和旋转的第二端，

其中，从所述第一致动电极到所述开关组件的所述第一端的距离小于从所述第一触点到所述开关组件的所述第一端的距离。

3.根据权利要求1所述的MEMS开关，其特征在于，所述开关组件进一步包括：

核心；

第一接触件，设置在所述开关组件所述第一侧的所述核心上，并朝向所述第一触点；以及

第二接触件，设置在所述开关组件所述第二侧的所述核心上，并朝向所述第二触点，

其中，当所述开关装置处于所述第一关闭状态时，所述第一接触件与所述第一触点接触；

当所述开关装置处于所述第二关闭状态时，所述第二接触件与所述第二触点接触。

4.根据权利要求3所述的MEMS开关，其特征在于，所述核心包括至少两个子层，且所述至少两个子层的应力彼此不同；并且/或

所述第一接触件具有第一应力，所述第二接触件具有不等于所述第一应力的第二应力；并且/或

所述第一接触件具有第一厚度，所述第二接触件具有不等于所述第一厚度的第二厚度；并且/或

所述第一接触件具有第一图案，所述第二接触件具有不同于所述第一图案的第二图案；并且/或

所述第一接触件由第一材料制成，所述第二接触件由不同于所述第一材料的第二材料制成；并且/或

所述第一接触件在大致垂直于厚度的方向上的长度大于所述核心在大致垂直于厚度的方向上的长度，所述第二接触件在所述大致垂直于厚度的方向上的长度小于所述核心的所述长度；并且/或

所述核心呈阶梯状；并且/或

所述核心由金属制成，在所述厚度方向具有应力梯度。

5.根据权利要求3所述的MEMS开关，其特征在于，所述开关组件进一步包括：

第一电介质件，固定在所述第一接触件的与所述核心相对的一侧；以及

第二电介质件，固定在所述第二接触件的与所述核心相对的一侧；

其中，所述第一接触件具有第一接触部，所述第一接触部从所述第一电介质件上露出，当所述开关组件处于所述第一关闭状态时，所述第一接触部能够与所述第一触点接触；

所述第二接触件具有第二接触部，所述第二接触部从所述第二电介质件露出，当所述开关组件处于所述第二关闭状态时，所述第二接触部能够与所述第二触点接触。

6.根据权利要求5所述的MEMS开关，其特征在于，所述第二致动电极固定设置在所述第一电介质件的远离所述第一接触件的表面上。

7.根据权利要求5所述的MEMS开关，其特征在于，所述第一电介质件的厚度和所述第二电介质件的厚度均小于所述核心的厚度。

8.根据权利要求5所述的MEMS开关，其特征在于，所述核心、所述第一电介质件和所述第二电介质件中的每一个都是由氧化物制成的。

9.根据权利要求1所述的MEMS开关，其特征在于，所述壳体包括：

基板；以及

盖板，与所述基板组装，其中所述盖板和所述基板共同围成收容空间，所述开关组件被收容在所述收容空间中；

其中，所述第一致动电极和所述第一触点固定设置在所述基板上；

所述第二触点固定设置在所述盖板上。

10.根据权利要求9所述的MEMS开关，其特征在于，MEMS开关进一步包括第一固定件，

其中，所述开关组件具有通过所述第一固定件与所述基板固定连接的第一端和与所述第一端相对的第二端；

其中，所述开关组件的所述第二端可自由位移并可相对于所述壳体旋转；或者

所述开关组件的所述第二端由弹性件支撑。

11.根据权利要求1所述的MEMS开关，其特征在于，所述第一致动电极和所述第一接触点设置在所述第一接触件的同一侧，与所述核心相对。

12.一种MEMS开关，其特征在于，所述MEMS开关包括：

壳体；

开关组件，收容在所述壳体内，并且在所述开关组件的厚度方向上具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；

第一致动电极，固定设置在所述壳体上，并设置在所述开关组件的所述第一侧；

第一触点，固定设置在所述壳体上，并设置在所述开关组件的所述第一侧；

第二致动电极，固定设置在所述开关组件上，并与所述第一致动电极对应；

第二触点，固定设置在所述壳体上，并设置在所述开关组件的所述第二侧；

第三致动电极，固定在所述壳体上，设置在所述开关组件的所述第二侧，并与所述开关组件间隔设置；以及

第四致动电极，固定设置在所述开关组件上，并与所述第三电极相对应，

其中，所述开关组件与所述第一触点接触，并且当所述第一致动电极和所述第二致动电极之间不施加电压时，在所述第一触点和所述开关组件之间形成短路。

13.根据权利要求12所述的MEMS开关，其特征在于，所述开关组件包括：

核心；

第一接触件，设置在所述开关组件所述第一侧的核心上，并朝向所述第一触点；以及

第二接触件，设置在所述开关组件所述第二侧的核心上，并朝向所述第二触点，

其中，当在所述第三致动电极和所述第四致动电极之间施加第一电压时，所述开关组件被偏转，使所述第一接触件与所述第一触点间隔开，所述第二接触件与所述第二触点间隔开；

当所述第三致动电极和所述第四致动电极之间施加第二电压时，所述开关组件向所述第二触点偏转，从而使所述第二接触件能够与所述第二触点接触。

14.根据权利要求13所述的MEMS开关，其特征在于，所述核心包括至少两个子层，所述至少两个子层的应力彼此不同；并且/或

所述第一接触件具有第一应力，所述第二接触件具有不等于所述第一应力的第二应力；并且/或

所述第一接触件具有第一厚度，所述第二接触件具有不等于所述第一厚度的第二厚度；并且/或

所述第一接触件具有第一图案，所述第二接触件具有不同于所述第一图案的第二图案；并且/或

所述第一接触件由第一材料制成，所述第二接触件由不同于所述第一材料的第二材料制成；并且/或

所述第一接触件在大致垂直于厚度的方向上的长度大于所述核心在所述大致垂直于厚度的方向上的长度，所述第二接触件在所述大致垂直于厚度的方向上的长度小于所述核心的长度；并且/或

所述核心呈台阶状；并且/或

所述核心由金属制成，在所述厚度方向具有应力梯度。

15.根据权利要求13所述的MEMS开关，其特征在于，所述开关组件具有相对于所述壳体固定的第一端和相对于所述壳体可自由位移和旋转的第二端，

其中从所述第一致动电极到所述开关组件的所述第一端的距离小于从所述第一触点到所述开关组件的所述第一端的距离。

16.根据权利要求13所述的MEMS开关，其特征在于，所述开关组件进一步包括：

第一电介质件，固定在所述第一接触件的与所述核心相对的一侧；以及

第二电介质件，固定在所述第二接触件的与所述核心相对的一侧，

其中，所述第一接触件具有第一接触部，所述第一接触部从所述第一电介质上露出，当所述开关组件处于第一关闭状态时，所述第一接触部能够与所述第一触点接触；

所述第二接触件具有第二接触部，所述第二接触部从所述第二电介质件上露出，当所述开关组件处于第二关闭状态时，所述第二接触部能够与第二触点接触。

17.根据权利要求16所述的MEMS开关，其特征在于，所述第二致动电极固定设置在所述第一电介质件的远离所述第一接触件的表面上。

18.根据权利要求16所述的MEMS开关，其特征在于，所述第一电介质件的厚度和所述第二电介质件的厚度均小于所述核心的厚度。

19.根据权利要求12所述的MEMS开关，其特征在于，所述壳体包括：

基板；以及

盖板，与所述基板组装，其中所述盖板和所述基板共同围成收容空间，所述开关组件被收容在所述收容空间中；

其中，所述第一致动电极和所述第一触点固定设置在所述基板上；

所述第二触点固定设置在所述盖板上。

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