JP7193670B1

JP7193670B1 - Ｍｅｍｓスイッチ

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Publication number: JP7193670B1
Application number: JP2022096251A
Authority: JP
Inventors: ジェイカニンガムショーン; リチャードデリウスダナ
Original assignee: エーエーシーテクノロジーズピーティーイーリミテッド
Priority date: 2020-10-25
Filing date: 2022-06-15
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2042-06-15
Also published as: US20220130624A1; US11615924B2; CN114551165A; JP2023064039A

Abstract

【課題】本発明は、ＭＥＭＳスイッチを提供する。【解決手段】ＭＥＭＳスイッチは、ケース、スイッチユニット、第１作動電極、第１接点、第２作動電極、第２接点、第３作動電極及び第４作動電極を含み、前記第１作動電極と前記第２作動電極との間に電圧を印加しない場合、前記スイッチユニットは、前記第１閉状態にあり、前記第１接点に接触している。前記第３作動電極と前記第４作動電極との間に第１電圧を印加する場合、前記スイッチユニットが偏向駆動されて、前記スイッチユニットを前記開状態にし、前記第１接点及び前記第２接点と離間させる。前記第３作動電極と前記第４作動電極との間に第２電圧を印加する場合、前記スイッチユニットが偏向駆動されて、前記スイッチユニットを前記第２閉状態にして前記第２接点に接触させる。本発明に係るＭＥＭＳスイッチは、開状態と少なくとも１種の閉状態を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）の技術分野に関し、特にＭＥＭＳスイッチに関する。

ＭＥＭＳスイッチは、電気通信分野に応用され、電気、機械又は光信号の流れを制御するためである。例えば、ＭＥＭＳスイッチは、デジタル加入者線（ＤＳＬ）スイッチマトリックス、携帯電話、自動テスト装置（ＡＴＥ）及び他の低コストスイッチを必要とするか、又は低コスト及び高密度スイッチアレイを必要とするシステムであってもよい。しかしながら、大部分のＭＥＭＳスイッチは、開状態で製造され、電源制御で閉状態に切り替える。従来のスイッチは、電源がない場合には閉状態にならない。

本発明は、ＭＥＭＳスイッチを提供し、従来技術におけるＭＥＭＳスイッチが電源がない場合に閉状態にならないという問題を解決することを目的とする。

上記技術的問題を解決するために、本発明は、ＭＥＭＳスイッチを提供し、当該ＭＥＭＳスイッチは、ケースと、スイッチユニットと、第１作動電極と、第１接点と、第２作動電極と、第２接点と、第３作動電極と、第４作動電極とを含み、前記スイッチユニットは、前記ケース内に収容され、且つ前記スイッチユニットの厚さ方向において第１側と前記第１側に対向する第２側とを有し、前記スイッチユニットは、第１閉状態と第２閉状態と開状態との間で切り替えることができ、前記第１作動電極は、前記ケースに固定設置され、前記スイッチユニットの前記第１側に設けられ、前記スイッチユニットと間隔を隔てて設けられ、前記第１接点は、前記ケースに固定設置され、前記スイッチユニットの前記第１側に設けられ、前記スイッチユニット及び前記第１作動電極と間隔を隔てて設けられ、前記第２作動電極は、前記スイッチユニットに固定設置され、前記第１作動電極に対応し、前記第２接点は、前記ケースに固定設置され、前記スイッチユニットの前記第２側に設けられ、前記スイッチユニットと間隔を隔てて設けられ、前記第３作動電極は、前記ケースに固定設置され、前記スイッチユニットの前記第２側に設けられ、前記スイッチユニットと間隔を隔てて設けられ、前記第４作動電極は、前記スイッチユニットに固定設置され、前記第３作動電極に対応し、前記スイッチユニットは、厚さ方向に沿った応力勾配を有し、前記第１作動電極と前記第２作動電極との間に電圧を印加しない場合、前記スイッチユニットは、前記第１閉状態にあり、前記第１接点に接触し、前記第３作動電極と前記第４作動電極との間に第１電圧を印加する場合、前記スイッチユニットが偏向駆動されて、前記スイッチユニットを前記開状態にし、前記第１接点及び前記第２接点と離間させ、前記第３作動電極と前記第４作動電極との間に第２電圧を印加する場合、前記スイッチユニットが偏向駆動されて、前記スイッチユニットを前記第２閉状態にし、前記第２接点に接触させる。

好ましくは、前記スイッチユニットは、前記ケースに対して固定された第１端と、前記ケースに対して変位及び回転自在可能な第２端とを有し、前記第１作動電極から前記スイッチユニットの前記第１端までの距離は、前記第１接点から前記スイッチユニットの前記第１端までの距離よりも小さい。

好ましくは、前記スイッチユニットは、コアと、第１接触部材と、第２接触部材とをさらに含み、第１接触部材は、前記スイッチユニットの前記第１側の前記コアに設けられ、前記第１接点に向かい、第２接触部材は、前記スイッチユニットの前記第２側の前記コアに設けられ、前記第２接点に向かい、前記スイッチ装置が前記第１閉状態にある場合、前記第１接触部材は、前記第１接点に接触し、前記スイッチ装置が前記第２閉状態にある場合、前記第２接触部材は、前記第２接点に接触する。

好ましくは、前記コアは、少なくとも２つのサブ層を含み、且つ前記少なくとも２つのサブ層の応力は、互いに異なり、及び／又は前記第１接触部材は、第１応力を有し、前記第２接触部材は、前記第１応力と等しくない第２応力を有し、及び／又は前記第１接触部材は、第１厚さを有し、前記第２接触部材は、前記第１厚さと等しくない第２厚さを有し、及び／又は前記第１接触部材は、第１パターンを有し、前記第２接触部材は、前記第１パターンと異なる第２パターンを有し、及び／又は前記第１接触部材は、第１材料で製造され、前記第２接触部材は、前記第１材料と異なる第２材料で製造され、及び／又は前記第１接触部材の厚さ方向に対して略垂直な方向における長さは、前記コアの厚さ方向に対して略垂直な方向における長さよりも大きく、前記第２接触部材の前記厚さに垂直な方向での長さは、前記コアの前記長さよりも小さく、及び／又は前記コアは、階段状をなし、及び／又は前記コアは、金属で製造され、前記厚さ方向に応力勾配を有する。

好ましくは、前記スイッチユニットは、第１誘電体部材と、第２誘電体部材とをさらに含み、前記第１誘電体部材は、前記第１接触部材の前記コアと対向する側に固定され、前記第２誘電体部材は、前記第２接触部材の前記コアと対向する側に固定され、前記第１接触部材は、第１接触部を有し、前記第１接触部は、前記第１誘電体部材から露出し、前記スイッチユニットが前記第１閉状態にある場合、前記第１接触部は、前記第１接点に接触することができ、前記第２接触部材は、第２接触部を有し、前記第２接触部は、前記第２誘電体部材から露出し、前記スイッチユニットが前記第２閉状態にある場合、前記第２接触部は、前記第２接点に接触することができる。

好ましくは、前記第２作動電極は、前記第１誘電体部材の前記第１接触部材から離れる面に固定設置される。

好ましくは、前記第１誘電体部材の厚さと前記第２誘電体部材の厚さは、いずれも前記コアの厚さよりも小さい。

好ましくは、前記コア、前記第１誘電体部材及び前記第２誘電体部材のそれぞれは、酸化物で製造される。

好ましくは、前記ケースは、基板と、蓋板とを含み、前記蓋板は、前記基板と組み立てられ、前記蓋板と前記基板はともに収容空間を囲み、前記スイッチユニットは、前記収容空間に収容され、前記第１作動電極と前記第１接点は、前記基板に固定設置され、前記第２接点は、前記蓋板に固定設置される。

好ましくは、前記ＭＥＭＳスイッチは、第１固定部材をさらに含み、前記スイッチユニットは、前記第１固定部材により前記基板に固定接続された第１端と、前記第１端に対向する第２端とを含み、前記スイッチユニットの前記第２端は、変位自在可能であり、且つ前記ケースに対して回転可能であり、又は前記スイッチユニットの前記第２端は、弾性部材により支持される。

好ましくは、前記第１作動電極と前記第１接点は、前記第１接触部材の同じ側に設けられ、前記コアに対向する。

好ましくは、前記ＭＥＭＳスイッチは、ケースと、スイッチユニットと、第１作動電極と、第１接点と、第２作動電極と、第２接点と、第３作動電極と、第４作動電極とを含み、前記スイッチユニットは、前記ケース内に収容され、且つ前記スイッチユニットの厚さ方向に第１側と前記第１側に対向する第２側とを有し、前記第１作動電極は、前記ケースに固定設置され、前記スイッチユニットの前記第１側に設けられ、前記第１接点は、前記ケースに固定設置され、前記スイッチユニットの前記第１側に設けられ、前記第２作動電極は、前記スイッチユニットに固定設置され、前記第１作動電極に対応し、前記第２接点は、前記ケースに固定設置され、前記スイッチユニットの前記第２側に設けられ、前記第３作動電極は、前記ケースに固定され、前記スイッチユニットの前記第２側に設けられ、前記スイッチユニットと間隔を隔てて設けられ、前記第４作動電極は、前記スイッチユニットに固定設置され、前記第３作動電極に対応し、前記スイッチユニットは、前記第１接点に接触し、前記第１作動電極と前記第２作動電極との間に電圧を印加しない場合、前記第１接点と前記スイッチユニットとの間に短絡が形成される。

好ましくは、前記スイッチユニットは、コアと、第１接触部材と、第２接触部材とを含み、第１接触部材は、前記スイッチユニットの前記第１側のコアに設けられ、前記第１接点に向かい、第２接触部材は、前記スイッチユニットの前記第２側のコアに設けられ、前記第２接点に向かい、前記第３作動電極と前記第４作動電極との間に第１電圧を印加する場合、前記スイッチユニットが偏向されて、前記第１接触部材と前記第１接点を離間させ、前記第２接触部材と前記第２接点を離間させ、前記第３作動電極と前記第４作動電極との間に第２電圧を印加する場合、前記スイッチユニットが前記第２接点へ偏向することにより、前記第２接触部材は、前記第２接点に接触することができる。

好ましくは、前記コアは、少なくとも２つのサブ層を含み、前記少なくとも２つのサブ層の応力は、互いに異なり、及び／又は前記第１接触部材は、第１応力を有し、前記第２接触部材は、前記第１応力と等しくない第２応力を有し、及び／又は前記第１接触部材は、第１厚さを有し、前記第２接触部材は、前記第１厚さと等しくない第２厚さを有し、及び／又は前記第１接触部材は、第１パターンを有し、前記第２接触部材は、前記第１パターンと異なる第２パターンを有し、及び／又は前記第１接触部材は、第１材料で製造され、前記第２接触部材は、前記第１材料と異なる第２材料で製造され、及び／又は前記第１接触部材の厚さ方向に対して略垂直な方向における長さは、前記コアの前記厚さ方向に対して略垂直な方向における長さよりも大きく、前記第２接触部材の前記厚さ方向に対して略垂直な方向における長さは、前記コアの長さよりも小さく、及び／又は前記コアは、階段状をなし、及び／又は前記コアは、金属で製造され、前記厚さ方向に応力勾配を有する。

好ましくは、前記スイッチユニットは、第１誘電体部材と、第２誘電体部材とをさらに含み、第１誘電体部材は、前記第１接触部材の前記コアと対向する側に固定され、第２誘電体部材は、前記第２接触部材の前記コアと対向する側に固定され、前記第１接触部材は、第１接触部を有し、前記第１接触部は、前記第１誘電体から露出し、前記スイッチユニットが第１閉状態にある場合、前記第１接触部は、前記第１接点に接触することができ、前記第２接触部材は、第２接触部を有し、前記第２接触部は、前記第２誘電体部材から露出し、前記スイッチユニットが第２閉状態にある場合、前記第２接触部は、第２接点に接触することができる。

本発明に係る実施例は、ＭＥＭＳスイッチを提供する。当該ＭＥＭＳスイッチは、開状態と少なくとも１種の閉状態を有することができる。ＭＥＭＳスイッチは、静電機構、電磁機構、電熱機構、圧電機構、形状記憶機構、固体（ＳＯＩ、ＧａＡＳ）機構等を含む複数の作動機構により操作することができ、それにより、ＭＥＭＳスイッチは、開状態と少なくとも１種の閉状態との間で切り替えることができる。

本発明の実施例における技術的解決手段をより明確に説明するために、以下に実施例の説明に使用する必要がある図面を簡単に説明する。明らかに、以下に説明する図面は本発明のいくつかの実施例に過ぎず、当業者は図面に基づいて他の図面を取得することができ、創造的な努力を必要としない。
本発明に係る第１実施例によるＭＥＭＳスイッチの第２閉状態の構造概略図である。本発明に係る第１実施例によるＭＥＭＳスイッチの開状態の構造概略図である。本発明に係る第１実施例によるＭＥＭＳスイッチの第１閉状態の構造概略図である。本発明に係る第２実施例によるＭＥＭＳスイッチの構造概略図である。本発明に係る第３実施例によるＭＥＭＳスイッチの構造概略図である。本発明に係る第４実施例によるＭＥＭＳスイッチの構造概略図である。本発明に係る第５実施例によるＭＥＭＳスイッチの構造概略図である。本発明に係る第６実施例によるＭＥＭＳスイッチの構造概略図である。本発明に係る第７実施例によるＭＥＭＳスイッチの構造概略図である。本発明に係る第８実施例によるＭＥＭＳスイッチの構造概略図である。本発明に係る第９実施例によるＭＥＭＳスイッチの構造概略図である。本発明に係る第１０実施例によるＭＥＭＳスイッチの構造概略図である。本発明に係る第１１実施例によるＭＥＭＳスイッチの構造概略図である。

本発明の実施例における技術的解決手段は図面を参照しながら本発明の実施例を明確で完全に説明する。明らかに、説明された実施例は本発明の一部の実施例だけであり、全ての実施例ではない。本発明の実施例に基づいて、当業者は創造的な努力をすることなく他の実施例を得ることができる。いずれの実施例も本発明の保護範囲に属する。

図１は、本発明に係る第１実施例によるＭＥＭＳスイッチの構造概略図である。いくつかの実施例では、ＭＥＭＳスイッチは、常閉スイッチであってもよい。図１に示すＭＥＭＳスイッチは、トライステートスイッチであり、１つの開状態及び２つの閉状態（第１閉状態（以下、「閉１」と呼ばれる）と第２閉状態（以下、「閉２」と呼ばれる））。通電する場合、当該スイッチは、開状態と閉１状態と閉２状態との間で切り替える。図３に示すように、ＭＥＭＳスイッチは、通常、第１閉状態／閉１状態にある。閉１状態では、ＭＥＭＳにも駆動力が提供される。ＭＥＭＳスイッチに第１駆動力が提供される場合、ＭＥＭＳスイッチは、図２に示す開状態に切り替えられる。ＭＥＭＳスイッチに第２駆動力が提供される場合、図１に示すように、ＭＥＭＳスイッチは、第２閉状態／閉２状態に切り替えられる。他の実施例では、ＭＥＭＳスイッチは、１つの開状態及び１つの閉状態を有する２状態スイッチであってもよく、且つ通電する場合、開状態と閉状態との間で切り替えることができる。ＭＥＭＳスイッチに駆動力が供給されていない場合、ＭＥＭＳスイッチは、通常、閉状態にある。当然のことながら、いくつかの実施例では、ＭＥＭＳスイッチは、４つ以上の状態に切り替えることができ、本発明はこれを限定しないものとする。

具体的に、図１及び図２に示すように、ＭＥＭＳスイッチは、ケース１とスイッチユニット３とを含むことができる。いくつかの実施例では、ケース１には、収容空間１Ａが設けられる。スイッチユニット３は、ケース１の収容空間１Ａに収容可能である。いくつかの実施例では、スイッチユニット３は、可動梁であり、具体的には、図１に示すカンチレバーであってもよい。スイッチユニット３は、第１端３ａ及び第２端３ｂを含むことができる。第１端３ａは、固定／制限端である。いくつかの実施例では、第１端３ａの変位はゼロであり、且つ第１端３ａの勾配はゼロであってもよく、それにより、第１端３ａには回転しない。第１端３ａは、固定部材４によりケース１に固定接続され、且つケース１に対して固定されることが可能である。第２端３ｂは、自由端であってもよく、変位及び回転自在可能であり、剛性以外に何ら制限されない。スイッチユニット３は、偏向又はカールするように駆動されることが可能であり、それにより、スイッチユニット３の自由端３ｂは、固定部材４に固定された第１端３ａ周りに移動又は偏向することができる。当然のことながら、本発明の第３実施例では、図５に示すように、固定部材４を省略してもよく、すなわち、第１端３ａは、固定部材４を介することではなく、ケース１に直接的に且つ固定的に接続されてもよい。

図１にさらに示すように、スイッチユニット３は、第１側３cと、第１側３cに対向する第２側３ｄとを含むことができる。スイッチユニット３は、コア３１、第１接触部材３３及び第２接触部材３５をさらに含むことができる。第１接触部材３３及び第２接触部材３５は、コア３１の２つの対向する側面に設けられるか、又はさらに固定されてもよい。より具体的には、第１接触部材３３は、スイッチユニット３の第１側３ｃに設けられてもよく、第２接触部材３５は、スイッチユニット３の第２側３ｄに設けられてもよい。第１接触部材３３及び第２接触部材３５は、コア３１に直接的に設けられ、コア３１にさらに接触してもよい。第１接触部材３３及び第２接触部材３５は、金属オーミック接触としてもよく、又は伝導経路としてもよい。

コア３１は、誘電体コア、金属コア（例えば全金属コア）、半導電性コアなどであってもよい。すなわち、コア３１は、誘電体材料（例えば、酸化ケイ素）、金属（例えば、銅）又は半導体（例えば、多結晶シリコン）で製造されてもよい。いくつかの実施例では、コア３１が誘電体コアである場合、コア３１は、酸化物で製造されてもよい。酸化物は、酸化ケイ素、窒化ケイ素及び酸化アルミニウムから選択することができる。

いくつかの実施例では、第１接触部材３３及び第２接触部材３５は、金属で製造され、すなわち、第１接触部材３３及び第２接触部材３５は、金属層であってもよい。他のいくつかの実施例では、第１接触部材３３及び第２接触部材３５は、合金で製造されてもよい。

いくつかの実施例では、ＭＥＭＳスイッチは、さらに、互いに間隔を隔てた第１作動電極５及び第１接点７を含むことができる。第１作動電極５及び第１接点７は、ケース１の第１側３ｃに固定設置され、且つ第１接触部材３３に向かってもよく、第１作動電極５及び第１接点７は、さらにスイッチユニット３の第１接触部材３３と間隔を隔てて設けられてもよい。すなわち、第１作動電極５及び第１接点７は、第１接触部材３３の同じ側に設けられてもよく、当該側は、コア３１から離れるか、又はコア３１に対向する側である。いくつかの実施例では、第１作動電極５からスイッチユニット３の第１端３ａまでの距離は、第１接点７からスイッチユニット３の第１端３ａまでの距離よりも小さくてもよい。

同様に、ＭＥＭＳスイッチは、さらに第２接点８を含むことができる。第２接点８は、スイッチユニット３の第２側３ｄにおけるケース１に固定設置され、且つ第２接触部材３５に向かってもよい。第２接点８は、さらにスイッチユニット３の第２接触部材３５と間隔を隔てて設けられてもよい。すなわち、第２接点８は、第２接触部材３５のコア３１から離れるか、又はコア３１に対向する側に設けられてもよい。

いくつかの実施例では、第２作動電極９は、スイッチユニット３に固定接続され、且つスイッチユニット３と共に移動可能である。より具体的には、第２作動電極９は、第１接触部材３３の第１側３ｃに直接的に設けられ、又は接触してもよく、すなわち、コア３１から離れるか、又はコア３１に対向する側にある。第２作動電極９は、第１作動電極５に対応して設けられ、且つ第１作動電極５に向かってもよい。第２作動電極９は、さらに第１作動電極５と間隔を隔てて設けられてもよい。

いくつかの実施例では、ＭＥＭＳスイッチは、さらに、ケース１に固定設置され、且つ第２接点８と間隔を隔て設けられた第３作動電極１２を含むことができる。第３作動電極１２は、第２接触部材３５に向かう。同様に、第４作動電極１０は、スイッチユニット３に固定接続され、且つスイッチユニット３と共に移動可能である。より具体的には、第４作動電極１０は、第２接触部材３５の第２側３ｄに直接的に設けられるか、又は第２接触部材３５の第２側３ｄに接触してもよい。第４作動電極１０は、第３作動電極１２に対応し、且つ第３作動電極１２に向かってもよい。第４作動電極１０は、さらに、第３作動電極１２と間隔を隔てて設けられてもよい。

いくつかの実施例では、スイッチユニット３は、内的応力勾配を有することができ、スイッチユニット３のカール及び偏向をもたらし、それにより、スイッチユニット３は、第１接点７又は第２接点８に接触し、又は第１接点７及び第２接点８と離間して第１接点７及び第２接点８に接触しない。例えば、図３に示すように、スイッチユニット３は、内的応力により第１接点７へカールする。これは、通常の閉１状態である。閉１状態では、第１作動電極５及び第２作動電極９に電圧が印加されない。すなわち、スイッチユニット３と第１接点７との接触は、内的応力のみによるものである。なお、図２に示すのは、ＭＥＭＳスイッチの開状態である。第３作動電極１２及び第４作動電極１０に電圧を印加すると、スイッチユニット３が引き上げられて第１接点７との接触を切断する。しかしながら、上述したように、ＭＥＭＳスイッチは、通常、閉じられており、第３作動電極１２及び第４作動電極１０への作動電圧の印加が停止すると、第１接触部材３３は、通常、第１接点７に接触する。

いくつかの実施例では、スイッチユニット３は、スイッチユニット３の厚さ方向に応力勾配を有し、それにより、スイッチユニット３をカールさせるか、又は偏向させて第１接点７に向かって変位して閉じる。従って、スイッチユニット３は、偏向して第１接点７に接触することができる。通常の閉１状態での接触力は、スイッチユニット３の応力勾配の唯一の効果である。なお、図１～図３に示すＭＥＭＳスイッチは、２種類の動作方式を有する。第１種の方式では、応力勾配がスイッチユニット３をカールさせるのに十分な大きさである場合、スイッチユニット３は、第１接点７に接触することができる。通常の閉１状態では、第１作動電極５及び第２作動電極９を必要としない。しかしながら、第２種の方式では、応力勾配がスイッチユニット３を第１接点７に接触するようにカールするのに不十分である場合、第１作動電極５及び第２作動電極９に電圧を印加することにより、スイッチユニット３を第１接点７に接触するまで偏向させ、通常の閉１状態を実現することができる。

また、本発明の第２実施例では、図４に示すように、ＭＥＭＳスイッチは、第１実施例における第１作動電極５及び第２作動電極９を含まない。この実施例では、ＭＥＭＳスイッチは、１種の方式のみで動作することができる。スイッチユニット３と第１接点７との接触は、応力勾配の存在のみによるものである。応力勾配は、スイッチユニット３をカールさせて第１接点７に接触させる。

スイッチユニット３の応力勾配は、様々な方式で生成することができ、これらの方式は、異なる積極的又は消極的属性を有する。応力勾配は、応力の変化をスイッチユニット３の厚さの変化で除算する（Δσ／Δｔ）と説明することができ、ただし、σは応力であり、ｔは厚さである。応力勾配を生成させる方法は、多くある。

例えば、第１実施例では、コア３１は、第１接触部材３３に堆積により形成された酸化物コアであってもよい。第１接触部材３３及び第２接触部材３５は、同じであってもよく、すなわち、同じ配置を有し、形状及び寸法を含む。このような場合、コア３１の堆積条件を変更することができる。例えば、堆積温度又は無線周波数の電力を変更することにより、スイッチユニット３の厚さ方向での応力変化を生成することができる。

本発明の第４実施例では、コア３１は、少なくとも２つのサブ層３１１に分けることができ、且つ各サブ層３１１は、異なる応力を有することができる。すなわち、少なくとも２つのサブ層３１１の応力は、互いに異なってもよい。例えば、図６に示すように、コア３１は、３つのサブ層３１１に分けることができる。

本発明の第５実施例では、図７に示すように、コア３１は、均一な平均応力を有してもよい（すなわち、コア３１には、応力の勾配を有しない）。しかしながら、第１接触部材３３と第２接触部材３５は、互いに異なってもよく、それにより、スイッチユニット３の厚さ方向に応力勾配を生成することができる。例えば、図７に示すように、第１接触部材３３は、第１応力σ１を有し、第２接触部材３５は、第２応力σ２を有し、且つσ１≠σ２であってもよい。

本発明の第６実施例では、図８に示すように、コア３１は、均一な平均応力を有してもよく（すなわち、コア３１には、応力の勾配を有しない）、且つ第１接触部材３３の応力は、第２接触部材３５の応力と同じであってもよい。しかしながら、第１接触部材３３の厚さは、第２接触部材３５の厚さと異なるか、又は等しくなくてもよい。このように、応力勾配は、スイッチユニット３の厚さ方向に生成することができる。例えば、図８に示すように、第１接触部材３３の厚さは、第２接触部材３５の厚さよりも小さくてもよく、従って、応力勾配を生成することができる。

本発明の第７実施例では、図９に示すように、コア３１は、均一な平均応力を有してもよく（すなわち、コア３１には、応力の勾配を有しない）、且つ第１接触部材３３及び第２接触部材３５は、同じ応力及び同じ厚さを有してもよい。しかしながら、第１接触部材３３のパターンは、第２接触部材３５のパターンと異なってもよく、それにより、応力勾配を生成する。

本発明の第８実施例では、図１０に示すように、コア３１は、均一な平均応力を有してもよく（すなわち、コア３１には、応力の勾配を有しない）、且つ第１接触部材３３及び第２接触部材３５は、同じ応力及び同じ厚さを有してもよい。しかしながら、第１接触部材３３は、第２接触部材３５と材料が異なってもよく、それにより、応力勾配を生成する。例えば、図１０に示すように、第１接触部材３３の材料は、ＴｉＮであってもよく、第２接触部材３５の材料は、Ｔｉ／ＡｌＣｕであってもよい。

本発明の第９実施例では、図１１に示すように、コア３１は、均一な平均応力を有してもよく（すなわち、コア３１には、応力の勾配を有しない）、且つ第１接触部材３３及び第２接触部材３５は、同じ応力及び同じ厚さを有してもよい。しかしながら、第１接触部材３３は、第２接触部材３５と、積層方向が異なってもよく、それにより、応力勾配を生成する。例えば、図１１に示すように、第１接触部材３３は、底面のＴｉ／ＡｌＣｕ層３３２を含んでもよく、第２接触部材３５は、頂面のＴｉＮ層３５２を含んでもよい。

本発明の第１０実施例では、本発明の第１実施例に対して、第１０実施例は、第１端３ａでスイッチユニット３のアンカー又は根を修正することができる。例えば、図１２に示すように、第１接触部材３３の厚さ方向に対して略垂直な方向における長さは、コア３１の厚さ方向に対して略垂直な方向における長さよりも大きくてもよく、それにより、第１接触部材３３は、延長されて固定部材４を覆うことができる。第２接触部材３５の厚さ方向に対して略垂直な方向における長さは、コア３１の長さよりも小さくてもよい。従って、効果的な応力勾配を生成することができ、スイッチユニット３がオフセットするようにする。

好ましい実施例において、コア３１は、名義上の均一な厚さ構造を有さず、コア３１は、階段状であってもよい。すなわち、コア３１は、階段構造を有することができる。従って、応力勾配は、スイッチユニット３に生成することもできる。

他の好ましい実施例において、コア３１は、金属で製造されてもよく、且つコア３１自体は、厚さ方向での応力勾配を有することができる。

前記のように、スイッチユニット３の厚さ方向での任意の非対称性は、いずれも効果的な応力勾配を生成することができる。また、応力勾配は、必要な応答（例えば、必要な撓み）を生成するように設計されてもよく、且つ、前記のような全ての特徴の組み合わせに基づくことができる。本発明の第１１実施例では、例えば、図１３に示すように、コア３１は、異なる応力を有するサブ層３１１を３つ含むことができ、第１接触部材３３及び第２接触部材３５は、応力、厚さ、パターン、材料などの面で異なってもよい。本発明に係る実施例は、応力勾配を生成する具体的な態様を限定するものではない。

また、第１作動電極５は、第２作動電極９と共に動作することができ、スイッチユニット３を駆動して変位させることができ、それにより、第１接触部材３３を第１接点７に接触させ、又は第２接触部材３５を第２接点８に接触させ、又はスイッチユニット３を駆動して第１接点７及び第２接点８から離間させることができる。

ＭＥＭＳスイッチの動作プロセスについては、後述する。以下では、静電機構によって給電されるＭＥＭＳスイッチを例として説明する。上述したように、ＭＥＭＳスイッチは、常閉であり、また、図３に示すように、第１作動電極５と第２作動電極９との間に電圧を印加せず、且つスイッチユニット３が応力勾配を有する場合、ＭＥＭＳスイッチは、通常、閉１の状態にある。このような状態で、第１接点７は、第１接触部材３３に接触し、このように、スイッチユニット３は、外部回路に電気的に接続することができる。第３作動電極１２と第４作動電極１０との間に第１電圧を印加する場合、スイッチユニット３は、偏向するように駆動され、それにより、スイッチユニット３を第１接点７及び第２接点８から離間させ、従って、スイッチユニット３は、外部回路と接続を切断することができる。このような場合、図２に示すように、ＭＥＭＳスイッチは、開状態にある。第３作動電極１２と第４作動電極１０との間に第２電圧を印加する場合、第２接触部材３５は、駆動されて第２接点８に向かって移動して、さらに第２接点８に接触することができ、このとき、ＭＥＭＳスイッチは、閉２状態にあり、図１に示す通りである。

第１作動電極５及び第２作動電極９が閉１状態をもたらす場合、第１作動電極５及び第２作動電極９に第３電圧を印加する。なお、第３電圧は、第２電圧よりも小さいものである。スイッチユニット３の応力勾配によりそれ自体が第１接点７に向かってカールし、これは、第１接点７とスイッチユニット３との間のオフセット距離を減少させる。

また、ＭＥＭＳスイッチは、常閉スイッチであるため、ＭＥＭＳスイッチが一対の端子に接続される場合、静電気放電（ＥＳＤ）又は高電圧破壊（ＶＢＤ）を防止する可能性がある。これらの端子は、電気的に浮動することができ、特定の電圧に制御されない。端子対間の接続は、コンデンサ、抵抗又はインダクタンスに相当し、電気的分離と見なすこともできる。本発明のいくつかの実施例に説明されるＭＥＭＳスイッチは、２つの分離する端子に応用される場合、低抵抗の伝導経路を生成し、このように、端子に高電圧（ＨＶ）を生成せず、従って、電流が制限されない場合、ＶＢＤ又は電気的過応力損傷（ＥＯＤ）が発生する可能性を低減することができる。当然のことながら、そのうちの１つの端子が接地されるか、又は１つの固定電圧に接続される場合、高電圧が発生しない。

いくつかの実施例では、ＭＥＭＳスイッチは、固定抵抗を有することができ、これは、端末に小さい電圧降下が発生することによる結果である。

いくつかの実施例では、第１接触部材３３、第２接触部材３５、第１作動電極５、第１接点７、第２接点８及び第２作動電極９は、必要に応じて、誘電体、導体及び半導体の任意の組み合わせの材料で製造することができる。例えば、当該組み合わせは、誘電体－誘電体、導体－導体、半導体－半導体、誘電体－導体、誘電体－半導体、導体－半導体などを含むことができる。いくつかの実施例では、第１接触部材３３、第２接触部材３５、第１作動電極５、第１接点７、第２接点８及び第２作動電極９は、アルミニウム（又はアルミニウム合金、例えば、Ａl－０．５％Ｃｕ、Ａｌ－０．５％Ｓｉ又は類似材料）、金、銅又は他の導電性材料で製造することができる。本発明は、第１接触部材３３、第２接触部材３５、第１作動電極５、第１接点７、第２接点８及び第２作動電極９を製造するための材料を限定するものではない。

図１及び図２にさらに示すように、ケース１は、基板１１及び基板１１と組み立てられた蓋板１３を含むことができ、基板１１と蓋板１３によってともに収容空間１Ａが囲まれて形成される。第１作動電極５及び第１接点７は、基板１１に固定設置されてもよく、且つスイッチユニット３は、固定部材４により基板１１に固定されてもよい。第２接点８は、蓋板１３に固定設置されてもよい。

いくつかの実施例では、固定部材４は、固定柱、固定ロッド、ブラケットなどを含むことができるが、これらに限定されない。スイッチユニット３の第１端３ａは、固定部材４に接続することができ、スイッチユニット３の自由端３ｂは、第１端３ａ周りに回転することができる。

いくつかの実施例では、図１及び図２にさらに示すように、スイッチユニット３は、さらに第１接触部材３３の一方側に固定された第１誘電体部材３７を含むことができ、当該側は、コア３１から離れるか、又はコア３１に対向する。第２作動電極９は、第１誘電体部材３７の第１接触部材３３から離れる面に固定設置されてもよい。第２誘電体部材３９は、さらに第２接触部材３５のコア３１から離れるか、又はコア３１に対向する側に固定されてもよい。第１誘電体部材３７は、パターン化されてもよく、それにより、第１接触部材３３は、第１接触部３３１を有し、第１接触部３３１は、第１誘電体部材３７から露出し、且つスイッチユニット３は、第１接点７へ偏向するとき、第１接点７に接触することができる。第２誘電体部材３９は、パターン化されてもよく、それにより、第２接触部材３５は、第２接触部３５１を有し、第２接触部３５１は、第２誘電体部材３９から露出し、且つスイッチユニット３は、第２接点８へ偏向するとき、第２接点８に接触することができる。

図１及び図２に示す実施例では、第２電極９は、スイッチユニット３の第１側３cでの第１誘電体部材３７に設置又は固定されている。しかしながら、いくつかの実施例では、第２電極９をスイッチユニット３の第２側３ｄに設置又は固定することができる。すなわち、第２電極９は、第２誘電体部材３９に設置又は固定されてもよい。

いくつかの実施例では、第１コア３１、第１誘電体部材３７及び第２誘電体部材３９は、酸化物で製造することができる。酸化物は、酸化ケイ素、窒化ケイ素及び酸化アルミニウムから選択される。

いくつかの実施例では、第１誘電体部材３７の厚さ及び第２誘電体部材３９の厚さは、いずれもコア３１の厚さよりも小さい。

上記実施例では、スイッチユニット３は、カンチレバーであってもよい。しかしながら、いくつかの実施例では、スイッチユニット３は、バネカンチレバーであってもよい。例えば、本発明のいくつかの実施例では、ＭＥＭＳスイッチは、バネをさらに含むことができる。第１端３ａは、固定／制限端であってもよく、固定部材４に制限される。第２端３ｂは、自由端であってもよく、バネが許容する範囲内で自由に変位し、バネが制限する範囲内で回転する。このように、真のカンチレバーにより実現されたオフセットを制限することができる。カンチレバーとするスイッチユニット３に比べて、バネに接続された第２端３ｂを有するスイッチユニット３は、より多くの変位及び回転を有することができる。いくつかの実施例では、バネは、任意の弾性部材に置き換えられてもよく、当該弾性部材は、バネに類似する弾性力を提供することができる。このとき、スイッチユニット３は、弾性カンチレバーと呼ばれてもよい。

いくつかの実施例では、スイッチユニット３は、固定－固定又は二重支持の配置方式で実現することができる。例えば、本発明のいくつかの実施例では、ＭＥＭＳスイッチは、さらに追加の固定部材を含むことができる。第１端３ａは、固定／制限端であり、固定部材４により制限される。第２端３ｂは、固定／制限端であってもよく、追加の固定部材により制限される。

いくつかの実施例では、スイッチユニット３は、マルチ支持の配置で実現することができ、すなわち、複数の側面、縁部又は点で支持される。

従って、スイッチユニット３の幾何学的配置は、カンチレバー、バネ又は弾性カンチレバー、固定-固定配置又はマルチ支持の配置で実現することができ、本発明の実施例は、これを限定しない。また、必要に応じて異なる配置のスイッチユニット３のセンサ機構を選択することができる。スイッチユニット３が静電機構により給電される場合、スイッチユニットの構造、幾何学的形状及び材料特性に基づきスイッチユニット３に印加する電圧を選択することができ、本発明は、これを限定しない。

本発明に係る実施例は、ＭＥＭＳスイッチを提供する。当該ＭＥＭＳスイッチは、開状態及び少なくとも１種の閉状態を有することができる。ＭＥＭＳスイッチは、静電機構、電磁機構、電熱機構、圧電機構、形状記憶機構、固体（ＳＯＩ、ＧａＡＳ）機構などを含む複数の作動機構により、操作することができ、それにより、ＭＥＭＳスイッチは、開状態及び少なくとも１種の閉状態の間で切り替えることができる。

以上は本発明の実施例に過ぎない。明確にすべきことは、当業者は本発明の発明思想から逸脱することなく改善することができるが、これらの改善は本発明の保護範囲に属する。

Claims

ＭＥＭＳスイッチであって、
ケースと、スイッチユニットと、第１作動電極と、第１接点と、第２作動電極と、第２接点と、第３作動電極と、第４作動電極とを含み、
前記スイッチユニットは、前記ケース内に収容され、且つ前記スイッチユニットの厚さ方向において第１側と前記第１側に対向する第２側とを有し、前記スイッチユニットは、第１閉状態と第２閉状態と開状態との間で切り替えることができ、
前記第１作動電極は、前記ケースに固定設置され、前記スイッチユニットの前記第１側に設けられ、前記スイッチユニットと間隔を隔てて設けられ、
前記第１接点は、前記ケースに固定設置され、前記スイッチユニットの前記第１側に設けられ、前記スイッチユニット及び前記第１作動電極と間隔を隔てて設けられ、
前記第２作動電極は、前記スイッチユニットに固定設置され、前記第１作動電極に対応し、
前記第２接点は、前記ケースに固定設置され、前記スイッチユニットの前記第２側に設けられ、前記スイッチユニットと間隔を隔てて設けられ、
前記第３作動電極は、前記ケースに固定設置され、前記スイッチユニットの前記第２側に設けられ、前記スイッチユニットと間隔を隔てて設けられ、
前記第４作動電極は、前記スイッチユニットに固定設置され、前記第３作動電極に対応し、
前記スイッチユニットは、厚さ方向に沿った応力勾配を有し、前記第１作動電極と前記第２作動電極との間に電圧を印加しない場合、前記スイッチユニットは、前記第１閉状態にあり、前記第１接点に接触し、
前記第３作動電極と前記第４作動電極との間に第１電圧を印加する場合、前記スイッチユニットが偏向駆動されて、前記スイッチユニットを前記開状態にし、前記第１接点及び前記第２接点と離間させ、
前記第３作動電極と前記第４作動電極との間に第２電圧を印加する場合、前記スイッチユニットが偏向駆動されて、前記スイッチユニットを前記第２閉状態にし、前記第２接点に接触させる、ことを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
前記スイッチユニットは、前記ケースに対して固定された第１端と、前記ケースに対して変位及び回転自在可能な第２端とを有し、
前記第１作動電極から前記スイッチユニットの前記第１端までの距離は、前記第１接点から前記スイッチユニットの前記第１端までの距離よりも小さい、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記スイッチユニットは、コアと、第１接触部材と、第２接触部材とをさらに含み、
前記第１接触部材は、前記スイッチユニットの前記第１側の前記コアに設けられ、前記第１接点に向かい、
前記第２接触部材は、前記スイッチユニットの前記第２側の前記コアに設けられ、前記第２接点に向かい、
前記スイッチユニットが前記第１閉状態にある場合、前記第１接触部材は、前記第１接点に接触し、
前記スイッチユニットが前記第２閉状態にある場合、前記第２接触部材は、前記第２接点に接触する、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記コアは、少なくとも２つのサブ層を含み、且つ前記少なくとも２つのサブ層の応力は、互いに異なり、及び／又は
前記第１接触部材は、第１応力を有し、前記第２接触部材は、前記第１応力と等しくない第２応力を有し、及び／又は
前記第１接触部材は、第１厚さを有し、前記第２接触部材は、前記第１厚さと等しくない第２厚さを有し、及び／又は
前記第１接触部材は、第１パターンを有し、前記第２接触部材は、前記第１パターンと異なる第２パターンを有し、及び／又は
前記第１接触部材は、第１材料で製造され、前記第２接触部材は、前記第１材料と異なる第２材料で製造され、及び／又は
前記第１接触部材の厚さ方向に対して略垂直な方向における長さは、前記コアの厚さ方向に対して略垂直な方向における長さよりも大きく、前記第２接触部材の前記厚さ方向に対して略垂直な方向における長さは、前記コアの前記長さよりも小さく、及び／又は
前記コアは、階段状をなし、及び／又は
前記コアは、金属で製造され、前記厚さ方向に応力勾配を有する、ことを特徴とする請求項３に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記スイッチユニットは、第１誘電体部材と、第２誘電体部材とをさらに含み、
前記第１誘電体部材は、前記第１接触部材の前記コアと対向する側に固定され、
前記第２誘電体部材は、前記第２接触部材の前記コアと対向する側に固定され、
前記第１接触部材は、第１接触部を有し、前記第１接触部は、前記第１誘電体部材から露出し、前記スイッチユニットが前記第１閉状態にある場合、前記第１接触部は、前記第１接点に接触することができ、
前記第２接触部材は、第２接触部を有し、前記第２接触部は、前記第２誘電体部材から露出し、前記スイッチユニットが前記第２閉状態にある場合、前記第２接触部は、前記第２接点に接触することができる、ことを特徴とする請求項３に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記第２作動電極は、前記第１誘電体部材の前記第１接触部材から離れる面に固定設置される、ことを特徴とする請求項５に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記第１誘電体部材の厚さと前記第２誘電体部材の厚さは、いずれも前記コアの厚さよりも小さい、ことを特徴とする請求項５に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記コア、前記第１誘電体部材及び前記第２誘電体部材のそれぞれは、酸化物で製造される、ことを特徴とする請求項５に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記ケースは、基板と、蓋板とを含み、
前記蓋板は、前記基板と組み立てられ、前記蓋板と前記基板はともに収容空間を囲み、前記スイッチユニットは、前記収容空間に収容され、
前記第１作動電極と前記第１接点は、前記基板に固定設置され、
前記第２接点は、前記蓋板に固定設置される、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記ＭＥＭＳスイッチは、第１固定部材をさらに含み、
前記スイッチユニットは、前記第１固定部材により前記基板に固定接続された第１端と、前記第１端に対向する第２端とを含み、
前記スイッチユニットの前記第２端は、変位自在可能であり、前記ケースに対して回転可能であり、又は
前記スイッチユニットの前記第２端は、弾性部材により支持される、ことを特徴とする請求項９に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記第１作動電極と前記第１接点は、前記第１接触部材の同じ側に設けられ、前記コアに対向する、ことを特徴とする請求項３に記載のＭＥＭＳスイッチ。
ＭＥＭＳスイッチであって、
ケースと、スイッチユニットと、第１作動電極と、第１接点と、第２作動電極と、第２接点と、第３作動電極と、第４作動電極とを含み、
前記スイッチユニットは、前記ケース内に収容され、且つ前記スイッチユニットの厚さ方向において第１側と前記第１側に対向する第２側とを有し、
前記第１作動電極は、前記ケースに固定設置され、前記スイッチユニットの前記第１側に設けられ、
前記第１接点は、前記ケースに固定設置され、前記スイッチユニットの前記第１側に設けられ、
前記第２作動電極は、前記スイッチユニットに固定設置され、前記第１作動電極に対応し、
前記第２接点は、前記ケースに固定設置され、前記スイッチユニットの前記第２側に設けられ、
前記第３作動電極は、前記ケースに固定され、前記スイッチユニットの前記第２側に設けられ、前記スイッチユニットと間隔を隔てて設けられ、
前記第４作動電極は、前記スイッチユニットに固定設置され、前記第３作動電極に対応し、
前記スイッチユニットは、前記第１接点に接触し、且つ前記第１作動電極と前記第２作動電極との間に電圧を印加しない場合、前記第１接点と前記スイッチユニットとの間に短絡が形成される、ことを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
前記スイッチユニットは、コアと、第１接触部材と、第２接触部材とを含み、
前記第１接触部材は、前記スイッチユニットの前記第１側のコアに設けられ、前記第１接点に向かい、
前記第２接触部材は、前記スイッチユニットの前記第２側のコアに設けられ、前記第２接点に向かい、
前記第３作動電極と前記第４作動電極との間に第１電圧を印加する場合、前記スイッチユニットが偏向されて、前記第１接触部材と前記第１接点を離間させ、前記第２接触部材と前記第２接点を離間させ、
前記第３作動電極と前記第４作動電極との間に第２電圧を印加する場合、前記スイッチユニットが前記第２接点へ偏向することにより、前記第２接触部材は前記第２接点に接触することができる、ことを特徴とする請求項１２に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記コアは、少なくとも２つのサブ層を含み、前記少なくとも２つのサブ層の応力は、互いに異なり、及び／又は
前記第１接触部材は、第１応力を有し、前記第２接触部材は、前記第１応力と等しくない第２応力を有し、及び／又は
前記第１接触部材は、第１厚さを有し、前記第２接触部材は、前記第１厚さと等しくない第２厚さを有し、及び／又は
前記第１接触部材は、第１パターンを有し、前記第２接触部材は、前記第１パターンと異なる第２パターンを有し、及び／又は
前記第１接触部材は、第１材料で製造され、前記第２接触部材は、前記第１材料と異なる第２材料で製造され、及び／又は
前記第１接触部材の厚さ方向に対して略垂直な方向における長さは、前記コアの前記厚さ方向に対して略垂直な方向における長さよりも大きく、前記第２接触部材の前記厚さ方向に対して略垂直な方向における長さは、前記コアの長さよりも小さく、及び／又は
前記コアは、階段状をなし、及び／又は
前記コアは、金属で製造され、前記厚さ方向に応力勾配を有する、ことを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記スイッチユニットは、前記ケースに対して固定された第１端と、前記ケースに対して変位及び回転自在可能な第２端とを有し、
前記第１作動電極から前記スイッチユニットの前記第１端までの距離は、前記第１接点から前記スイッチユニットの前記第１端までの距離よりも小さい、ことを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記スイッチユニットは、第１誘電体部材と、第２誘電体部材とをさらに含み、
第１誘電体部材は、前記第１接触部材の前記コアと対向する側に固定され、
第２誘電体部材は、前記第２接触部材の前記コアと対向する側に固定され、
前記第１接触部材は、第１接触部を有し、前記第１接触部は、前記第１誘電体部材から露出し、前記スイッチユニットが第１閉状態にある場合、前記第１接触部は、前記第１接点に接触することができ、
前記第２接触部材は、第２接触部を有し、前記第２接触部は、前記第２誘電体部材から露出し、前記スイッチユニットが第２閉状態にある場合、前記第２接触部は、第２接点に接触することができる、ことを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記第２作動電極は、前記第１誘電体部材の前記第１接触部材から離れる面に固定設置される、ことを特徴とする請求項１６に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記第１誘電体部材の厚さと前記第２誘電体部材の厚さは、いずれも前記コアの厚さよりも小さい、ことを特徴とする請求項１６に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記ケースは、基板と、蓋板とを含み、
前記蓋板は、前記基板と組み立てられ、前記蓋板と前記基板はともに収容空間を囲み、前記スイッチユニットは、前記収容空間に収容され、
前記第１作動電極と前記第１接点は、前記基板に固定設置され、
前記第２接点は、前記蓋板に固定設置される、ことを特徴とする請求項１２に記載のＭＥＭＳスイッチ。