專利名稱：開關(guān)裝置、電場(chǎng)施加方法及開關(guān)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)裝置，尤其是涉及在諸如高于GHz頻帶的高頻頻帶中插入損耗很小的開關(guān)裝置，其電場(chǎng)施加方法以及開關(guān)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近來，遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)，尤其是移動(dòng)電話或者無線蜂窩式電話正得到顯著地發(fā)展。例如，在TDMA型通訊系統(tǒng)中，通過天線進(jìn)行GHz高頻頻帶中RF信號(hào)的發(fā)送和接收。在這些系統(tǒng)中，天線通常交替地用于發(fā)送階段的輸出和接收階段的輸入。因此，對(duì)此類系統(tǒng)中開關(guān)的性能要求是在連接時(shí)有足夠小的電阻，而在斷開時(shí)有足夠高的絕緣。如果在連接時(shí)電阻不夠小，就會(huì)通過焦耳熱的產(chǎn)生而導(dǎo)致插入損耗，從而所消耗的電能變得很大。還有，如果絕緣很低，則在發(fā)送和接收兩個(gè)電路之間的信號(hào)會(huì)彼此干擾，從而產(chǎn)生噪聲。
例如，將采用PIN二極管的電開關(guān)系統(tǒng)用作傳統(tǒng)的開關(guān)裝置。然而，眾所周知的是，對(duì)于此半導(dǎo)體開關(guān)，RF信號(hào)的頻帶越大，電阻越大，從而導(dǎo)致?lián)p耗。
此外，在實(shí)際頻率為2GHz時(shí)，PIN二極管的損耗為約1到1.5dB。另外，盡管期望絕緣為40dB或者更多，但是目前的PIN二極管的絕緣為約15到25dB，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，在這一今后希望頻率能夠更高的行業(yè)中，需要使用具有低插入損耗和高絕緣的開關(guān)裝置。
因此，已經(jīng)提出了采用微機(jī)械系統(tǒng)的開關(guān)裝置。在該示例中，通過機(jī)械而非電動(dòng)來實(shí)現(xiàn)開關(guān)。因此，與半導(dǎo)體開關(guān)相比，只要實(shí)現(xiàn)了與RF電路的阻抗匹配，就可以極大提高高頻頻帶的損耗和絕緣(例如，請(qǐng)參考JP-A-2000-348595(第5頁，圖1))。
然而，在本示例所示的靜電式開關(guān)中，為了使得機(jī)械開關(guān)獲得足夠的實(shí)際位移量，需要數(shù)十伏的電壓。通常，在移動(dòng)電話中，使用的電源為5V或者更小。因此，需要增壓發(fā)電機(jī)(booster generator)以獲得25到100V的電壓，從而導(dǎo)致外形尺寸增大和成本增加的問題。
因此，已經(jīng)提出了采用壓電致動(dòng)器的開關(guān)。通過使用壓電致動(dòng)器，可以在幾伏的電壓下獲得開關(guān)所需的位移，該電壓遠(yuǎn)小于靜電式開關(guān)中所需電壓。在本示例中，僅將可移動(dòng)部分的一端進(jìn)行機(jī)械約束，而使另外一端成為自由端。即，在本示例中顯示為懸臂形式。
圖4是示出傳統(tǒng)開關(guān)裝置的透視圖，其中交疊先前在+Z方向上受到極化的壓電元件103和彈性板102，而該開關(guān)的主要部分包括單壓電致動(dòng)器。將致動(dòng)器在固定部分105處固定于基板101上，從而形成以下類型的致動(dòng)器，即該制動(dòng)器的一端受到動(dòng)態(tài)固定而其另一端自由，也就是形成懸臂結(jié)構(gòu)的致動(dòng)器。通過由電源106在壓電元件薄膜的兩個(gè)表面上所形成的電極薄膜(未示出)，在垂直于薄膜表面的-Z方向上施加了電場(chǎng)，從而在X方向產(chǎn)生了延展。由于存在一個(gè)固定端，該延展向另外一端施加了彎矩，從而產(chǎn)生了如圖4所示的致動(dòng)器位移。
然而，在此形式中，在制造實(shí)用成品時(shí)還存在下列問題在形成薄膜時(shí)殘余應(yīng)力的作用下自由端發(fā)生翹曲，從而損壞了開關(guān)的平坦度(例如，參考JP-A-11-340702(圖2-5)和JP-A-2000-348594(圖1))。
此外，即使為了改進(jìn)具有上述懸臂結(jié)構(gòu)的壓電致動(dòng)器的缺點(diǎn)而采用具有兩端固定梁結(jié)構(gòu)(fixed-fixed beam constitution)的壓電致動(dòng)器，由于可移動(dòng)部分的兩端均受到了固定，所以通常致動(dòng)器的位移很小。因此，為了提高具有兩端固定梁結(jié)構(gòu)的位移特性，存在一種開關(guān)裝置，其獨(dú)創(chuàng)性在于兩端的固定方法(例如，參考Jpn.J.Appl.Phys.22.Suppl.2，154(1988))。
然而，由此方法提高的位移量不夠大，并且用于產(chǎn)生彎矩的固定端中的接觸需要一定尺寸，從而真正試制很難，并且增加了成本。因此，這種方法并不適于大規(guī)模生產(chǎn)致動(dòng)器。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述傳統(tǒng)問題進(jìn)行本發(fā)明，其目的在于提供一種開關(guān)裝置及其電場(chǎng)施加方法，該開關(guān)裝置具有很小接觸并且可以在低成本下獲得很大的位移。
從而，本發(fā)明的開關(guān)裝置包括基板；可移動(dòng)部分，其具有固定于該基板的兩端并且可以相對(duì)于該基板操作；開關(guān)電極，其與可移動(dòng)部分電性絕緣并且設(shè)置于可移動(dòng)部分上；以及間隙電極(gap electrode)，其設(shè)置成與開關(guān)電極相對(duì)并且當(dāng)開關(guān)電極在可移動(dòng)部分操作下與間隙電極接觸時(shí)電性導(dǎo)通。此外，本發(fā)明的開關(guān)裝置具有以下構(gòu)造可移動(dòng)部分包括壓電元件；第一電極，其設(shè)置于壓電元件的基板側(cè)上；第三電極，其設(shè)置于壓電元件的基板側(cè)上并且與第一電極電性絕緣；第二電極，其設(shè)置于壓電元件的基板側(cè)的相對(duì)側(cè)上，從而與第一電極相對(duì)；第四電極，其設(shè)置于壓電元件的基板側(cè)的相對(duì)側(cè)上，從而與第三電極相對(duì)，并且與第二電極電性絕緣；并且提供供電單元，該供電單元向至少第一電極和第二電極中任一個(gè)以及至少第三電極和第四電極中任一個(gè)施加電壓。
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)裝置可以降低高頻帶寬中的插入損耗，插入損耗是傳統(tǒng)半導(dǎo)體開關(guān)中的問題所在。此外，根據(jù)本發(fā)明，作為傳統(tǒng)微機(jī)械開關(guān)中問題所在的解決薄膜翹曲和提高位移，以及不兼容的問題可以同時(shí)得以解決。此外，根據(jù)本發(fā)明，致動(dòng)器上有彎曲部分，從而在開關(guān)接觸方面獲得良好的接觸，并且提供了很低的電阻。
根據(jù)本發(fā)明第一方面，開關(guān)裝置包括基板；可移動(dòng)部分，其具有固定于該基板的兩端并且可以相對(duì)于該基板操作；開關(guān)電極，其與可移動(dòng)部分電性絕緣并且設(shè)置于可移動(dòng)部分上；以及間隙電極，其設(shè)置成與開關(guān)電極相對(duì)并且當(dāng)開關(guān)電極在可移動(dòng)部分操作下與間隙電極接觸時(shí)電性導(dǎo)通。在此，可移動(dòng)部分包括壓電元件；第一電極，其設(shè)置于壓電元件的基板側(cè)上；第三電極，其設(shè)置于壓電元件的基板側(cè)上并且與第一電極電性絕緣；第二電極，其設(shè)置于壓電元件的基板側(cè)的相對(duì)側(cè)上，從而與第一電極相對(duì)；以及第四電極，其設(shè)置于壓電元件的基板側(cè)的相對(duì)側(cè)上，從而與第三電極相對(duì)，并且與第二電極電性絕緣；并且提供供電單元，該供電單元向至少第一電極和第二電極中任一個(gè)以及至少第三電極和第四電極中任一個(gè)施加電壓。從而，在該壓電元件中，可以在介于第一電極和第三電極間的區(qū)域和介于第二電極和第四電極間的區(qū)域之間形成彎曲部分。從而，可移動(dòng)部分的位移變得非常大。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，在第一電極和第二電極之間由供電單元所施加電壓在壓電元件中生成的電場(chǎng)方向不同于在第三電極和第四電極之間在壓電元件中生成的電場(chǎng)方向。從而，在壓電元件中，可以在介于第一電極和第三電極間的區(qū)域和介于第二電極和第四電極間的區(qū)域之間形成彎曲部分。從而，可移動(dòng)部分的位移變得非常大。
根據(jù)本發(fā)明第三方面，在第一電極和第二電極之間由供電單元所施加電壓在壓電元件中生成的應(yīng)力方向不同于在第三電極和第四電極之間在壓電元件中生成的應(yīng)力方向。從而，在壓電元件中，可以在介于第一電極和第三電極間的區(qū)域和介于第二電極和第四電極間的區(qū)域之間形成彎曲部分。從而，可移動(dòng)部分的位移變得非常大。
根據(jù)本發(fā)明第四方面，基板包括固定部分和水平差異(different-in-level)部分，可移動(dòng)部分的兩端固定于固定部分上，并且可移動(dòng)部分在水平差異部分上進(jìn)行操作。從而，可以確保進(jìn)行可移動(dòng)部分的操作。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，開關(guān)電極形成為在可移動(dòng)部分頂部跨置于第二電極和第四電極上。從而，由于開關(guān)電極設(shè)置于位移很大的部分，所以可以確保開關(guān)電極與間隙電極接觸。
根據(jù)本發(fā)明第六方面，在第一電極和第二電極之間施加的電壓不同于在第三電極和第四電極之間施加的電壓。從而，可以控制在第一電極和第三電極之間，以及在第二電極和第四電極之間產(chǎn)生的變形形狀和位移量，從而可以最優(yōu)化可移動(dòng)部分的形狀。
根據(jù)本發(fā)明第七方面，在可移動(dòng)部分的操作過程中，在開關(guān)電極與間隙電極相對(duì)的部分，開關(guān)電極的形狀為凸向間隙電極。從而，可以確保進(jìn)行間隙電極和開關(guān)電極之間的接觸。
根據(jù)本發(fā)明第八方面，開關(guān)電極的與間隙電極接觸的接觸部分的凸起形狀比開關(guān)電極的不與間隙電極接觸的非接觸部分的凸起形狀更接近平坦形狀。從而，可以確保進(jìn)行間隙電極和開關(guān)電極之間的接觸。
根據(jù)本發(fā)明第九方面，一種開關(guān)裝置包括基板；可移動(dòng)部分，其具有固定于基板的兩端并且可相對(duì)于基板進(jìn)行操作；開關(guān)電極，其與可移動(dòng)部分電性絕緣并且設(shè)置于可移動(dòng)部分上；以及間隙電極，其設(shè)置成與開關(guān)電極相對(duì)并且當(dāng)開關(guān)電極在可移動(dòng)部分操作下與間隙電極接觸時(shí)電性導(dǎo)通。在此，可移動(dòng)部分包括壓電元件；第一、第三和第五電極，其設(shè)置于壓電元件的基板側(cè)上并且彼此電性絕緣；以及第二、第四和第六電極，其在壓電元件的基板側(cè)的相對(duì)側(cè)上分別與第一、第三和第五電極相對(duì)而將基板夾于其間并且彼此電性絕緣。此外，提供供電單元，該供電單元向至少第一電極或第二電極，至少第三電極或第四電極，以及至少第五電極或第六電極施加電壓。從而，在壓電元件中，可以在介于第一電極和第二電極間的區(qū)域和介于第三電極和第四電極間的區(qū)域之間，以及在介于第五電極和第六電極間的區(qū)域和介于第三電極和第四電極間的區(qū)域之間形成至少兩個(gè)彎曲部分。從而，可以獲得更大的可移動(dòng)部分的位移。
根據(jù)本發(fā)明第十方面，在第一電極和第二電極之間與第五電極和第六電極之間由供電單元所施加電壓在壓電元件中生成的電場(chǎng)方向不同于在第三電極和第四電極之間在壓電元件中生成的電場(chǎng)方向。從而，在壓電元件中，可以在介于第一電極和第二電極間的區(qū)域和介于第三電極和第四電極間的區(qū)域之間，以及在介于第五電極和第六電極間的區(qū)域和介于第三電極和第四電極間的區(qū)域之間形成至少兩個(gè)彎曲部分。從而，可以獲得更大的可移動(dòng)部分的位移。
根據(jù)本發(fā)明第十一方面，在第一電極和第二電極之間與第五電極和第六電極之間由供電單元所施加電壓在壓電元件中生成的應(yīng)力方向不同于在第三電極和第四電極之間在壓電元件中生成的應(yīng)力方向。從而，在壓電元件中，可以在介于第一電極和第二電極間的區(qū)域和介于第三電極和第四電極間的區(qū)域之間，以及在介于第五電極和第六電極間的區(qū)域和介于第三電極和第四電極間的區(qū)域之間形成至少兩個(gè)彎曲部分。從而，可以獲得更大的可移動(dòng)部分的位移。
根據(jù)本發(fā)明第十二方面，基板包括固定部分和水平差異部分，可移動(dòng)部分的兩端固定于固定部分上，并且可移動(dòng)部分在水平差異部分上進(jìn)行操作。從而，可以確保進(jìn)行可移動(dòng)部分的操作。
根據(jù)本發(fā)明第十三方面，開關(guān)電極在可移動(dòng)部分頂部上形成于第四電極上。從而，由于開關(guān)電極設(shè)置在位移很大的部分中，所以可以確保開關(guān)電極與間隙電極接觸。
根據(jù)本發(fā)明第十四方面，在第一電極和第二電極之間施加的電壓，在第三電極和第四電極之間施加的電壓和在第五電極和第六電極之間施加的電壓彼此不同。從而，可以控制壓電元件中分別在介于第一電極和第二電極間的區(qū)域中、在介于第三電極和第四電極間的區(qū)域中以及在介于第五電極和第六電極間的區(qū)域中產(chǎn)生的變形形狀和位移，從而可以最優(yōu)化可移動(dòng)部分的形狀。
根據(jù)本發(fā)明第十五方面，在第一電極和第二電極之間施加的電壓與在第五電極和第六電極之間施加的電壓相同。從而，由于可以共用向這兩個(gè)區(qū)域施加電壓的單元，所以可以降低開關(guān)裝置的成本。
根據(jù)本發(fā)明第十六方面，在可移動(dòng)部分的操作過程中，在開關(guān)電極與間隙電極相對(duì)的部分，開關(guān)電極的形狀為凸向間隙電極。從而，可以確保在間隙電極和開關(guān)電極之間進(jìn)行接觸。
根據(jù)本發(fā)明第十七方面，開關(guān)電極的與間隙電極接觸的接觸部分的凸起形狀比開關(guān)電極的不與間隙電極接觸的非接觸部分的凸起形狀更接近平坦形狀。從而，可以在間隙電極和開關(guān)電極之間進(jìn)行良好接觸。
根據(jù)本發(fā)明第十八方面，第一電極形成為鄰近可移動(dòng)部分兩端的第一端，第五電極形成為鄰近與第一端相對(duì)的第二端，并且第三電極形成為鄰近可移動(dòng)部分的中間部分。從而，可以更加平穩(wěn)地進(jìn)行可移動(dòng)部分相對(duì)于固定部分的操作。
根據(jù)本發(fā)明第十九方面，在一開關(guān)裝置中，該開關(guān)裝置具有其間配置有壓電元件的第一電極對(duì)和以與第一電極對(duì)電性絕緣的狀態(tài)鄰近第一電極對(duì)配置的第二電極對(duì)，在第一電極對(duì)之間生成第一方向上的電場(chǎng)，并且同時(shí)在第二電極對(duì)之間生成第二方向上的電場(chǎng)。從而，由于彎曲部分在壓電元件中形成于在介于第一電極對(duì)間的區(qū)域和介于第二電極對(duì)間的區(qū)域之間，所以可移動(dòng)部分的位移變得更大。
根據(jù)本發(fā)明第二十方面，在第一電極對(duì)之間產(chǎn)生的電位差大致等于在第二電極對(duì)之間產(chǎn)生的電位差。從而，由于在各區(qū)域中壓電元件位移量的不一致可以得到降低，所以可以使施加于壓電元件上的載荷更加均勻，并且進(jìn)而可以延長(zhǎng)壓電元件的壽命。
根據(jù)本發(fā)明第二十一方面，通過公共電源在第一電極對(duì)之間和第二電極對(duì)之間產(chǎn)生電位差。從而，由于難以產(chǎn)生施加于各電極對(duì)的電勢(shì)差中的不一致性，所以可以更加準(zhǔn)確地變形可移動(dòng)部分，并且進(jìn)而可以確保執(zhí)行開關(guān)裝置的操作。此外，由于可以減少電源數(shù)量，所以可以以很低的成本實(shí)現(xiàn)該開關(guān)裝置。
根據(jù)本發(fā)明第二十二方面，在一種采用壓電元件的開關(guān)裝置中，包括用于向壓電元件施加電場(chǎng)的多個(gè)電極對(duì)，并且將多個(gè)電極對(duì)中的電場(chǎng)施加于壓電元件，從而在鄰近電極對(duì)之間電場(chǎng)方向彼此大致相對(duì)。從而，在壓電元件中，在介于第一電極對(duì)間的區(qū)域和介于第二電極對(duì)間的區(qū)域之間形成彎曲部分，并且進(jìn)而可以使可移動(dòng)部分的變形方向彼此相對(duì)，而邊界上的該變形部分位于其間。從而，可移動(dòng)部分的位移變得更大。
根據(jù)本發(fā)明第二十三方面，壓電元件是通過薄膜工藝形成的。從而，由于可以將壓電元件制造得非常薄，所以可以使壓電元件的位移更大。從而，可以以更低電壓確保所需位移量。
根據(jù)本發(fā)明第二十四方面，壓電元件形成于MgO基板上。從而，由于可以獲得良好的PZT晶體，所以可以獲得不會(huì)導(dǎo)致絕緣擊穿(isulation break)并且具有高可靠性的開關(guān)裝置。
根據(jù)本發(fā)明第二十五方面，壓電元件形成于硅基板上。從而，可以以很低成本實(shí)現(xiàn)具有高可靠性的開關(guān)裝置。
根據(jù)本發(fā)明第二十六方面，采用壓電元件的開關(guān)系統(tǒng)包括壓電元件；多個(gè)電極對(duì)，其用于向該壓電元件施加電場(chǎng)；配線，其用于向這些電極對(duì)供電，電極對(duì)用于電性連接天線和高頻電路以進(jìn)行發(fā)送和接收；以及聯(lián)接器，其用于匹配壓電元件與高頻電路。在此，將多個(gè)電極對(duì)中的電場(chǎng)施加于壓電元件，從而在相鄰電極對(duì)之間電場(chǎng)方向彼此大致相對(duì)。從而，可以提供一種開關(guān)系統(tǒng)，其操作更穩(wěn)定、可靠性高并且成本低。
根據(jù)本發(fā)明第二十七方面，該開關(guān)系統(tǒng)由高頻屏蔽材料封裝。從而，由于可以將高頻噪聲對(duì)開關(guān)系統(tǒng)的影響降至最小，所以可以提供具有高穩(wěn)定性的開關(guān)系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明第二十八方面，高頻屏蔽材料包括玻璃或者熔融石英，從而可以將具有低成本和高可靠性的開關(guān)系統(tǒng)與高頻噪聲屏蔽開。
根據(jù)本發(fā)明第二十九方法，采用壓電元件的開關(guān)裝置包括壓電元件；包括壓電元件的第一可移動(dòng)部分；一對(duì)第二可移動(dòng)部分，其連接于第一可移動(dòng)部分并且包含壓電元件；多個(gè)電極對(duì)，其用于將電場(chǎng)施加于第一可移動(dòng)部分和第二可移動(dòng)部分。在此，提供了電場(chǎng)施加單元，其施加電場(chǎng)，從而在多個(gè)電極對(duì)的相鄰電極對(duì)之間電場(chǎng)方向彼此大致相對(duì)。從而，可以使整個(gè)可移動(dòng)部分的位移量更大，從而可以極大抑制處于斷開狀況的開關(guān)裝置由外部沖擊轉(zhuǎn)為連接狀態(tài)的不利之處。
根據(jù)本發(fā)明第三十方面，第一可移動(dòng)部分在第二可移動(dòng)部分的最大位移部分處連接于第二可移動(dòng)部分，從而可以使整個(gè)可移動(dòng)部分的位移量更大。
根據(jù)本發(fā)明第三十一方面，采用壓電元件的開關(guān)系統(tǒng)包括壓電元件；包括壓電元件的第一可移動(dòng)部分；第二可移動(dòng)部分，其設(shè)置于第一可移動(dòng)部分周圍并且包括壓電元件；多個(gè)電極對(duì)，其用于將電場(chǎng)施加于第一可移動(dòng)部分和第二可移動(dòng)部分；配線，其用于向這些電極對(duì)供電；電極對(duì)，其用于電性連接天線和高頻電路以進(jìn)行發(fā)送和接收；以及聯(lián)接器，其用于匹配壓電元件與高頻電路。在此，多個(gè)電極對(duì)中的電場(chǎng)施加于壓電元件，從而在相鄰電極對(duì)之間電場(chǎng)方向彼此大致相對(duì)。從而，可以提供一種開關(guān)系統(tǒng)，其操作更穩(wěn)定、可靠性高并且成本低。


圖1是示出用于實(shí)施本發(fā)明的第一模式中開關(guān)裝置構(gòu)造的分解透視圖；圖2是示出第一模式中開關(guān)裝置的基板側(cè)電極(下電極)的結(jié)構(gòu)視圖；圖3是示出第一模式中開關(guān)裝置的間隙電極側(cè)電極(上電極)的結(jié)構(gòu)視圖；圖4是示出傳統(tǒng)開關(guān)裝置的透視圖；圖5是包括第一模式中開關(guān)裝置的處于靜止?fàn)顟B(tài)的致動(dòng)器的分解側(cè)視圖；圖6是包括第一模式中開關(guān)裝置的處于位移狀態(tài)的致動(dòng)器的分解側(cè)視圖；圖7是用于實(shí)施本發(fā)明的第二模式中的開關(guān)裝置的主視圖；圖8是第二模式中的開關(guān)裝置的透視圖；圖9是示出第一模式中電極構(gòu)造的另一示例的視圖；以及圖10是沿著圖6中的線A-A剖開的局部剖視圖。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施例進(jìn)行描述。
圖1是示出本發(fā)明第一實(shí)施例中開關(guān)裝置構(gòu)造的分解透視圖。圖2是示出第一實(shí)施例中開關(guān)裝置的基板側(cè)電極(下電極)的結(jié)構(gòu)視圖，圖3是示出第一實(shí)施例中開關(guān)裝置的間隙電極側(cè)電極(上電極)的結(jié)構(gòu)視圖，圖5是包括第一實(shí)施例中開關(guān)裝置的處于靜止?fàn)顟B(tài)的致動(dòng)器的分解側(cè)視圖，。
在這些圖中，附圖標(biāo)記100為開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置100包括基板6、致動(dòng)器1、上基板15、間隙電極13和間隔器14。
下面將參照?qǐng)D1-3和圖5對(duì)開關(guān)裝置的構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)描述。
基板6由板厚380μm的MgO材料形成。此時(shí)，優(yōu)選地，基板6為MgO單晶基板，因?yàn)槠浒蹇梢允闺S后形成的壓電薄膜元件的極化方向大致一致。從致動(dòng)器強(qiáng)度的安全性和最佳位移量考慮，板厚優(yōu)選為約100μm到500μm。此外，也可以采用SiO2基板作材料。在基板6中，形成臺(tái)階部分6a。只要臺(tái)階部分6a具有使致動(dòng)器1可以進(jìn)行操作的水平差異，該臺(tái)階部分可以是開口部分。然而，優(yōu)選地，從開關(guān)裝置100的剛度考慮，開口部分要較小。在只有水平差異而沒有開口的情況下，開關(guān)裝置100的剛度非常高。從而，從裝置的操作精度和可靠性考慮，這種形式是最優(yōu)選的。
在臺(tái)階部分6a的Y方向中間，致動(dòng)器1跨置于臺(tái)階部分6a上。該致動(dòng)器1包括位于臺(tái)階部分6a上的可移動(dòng)部分1a，以及在致動(dòng)器1的兩端固定在基板6上的固定部分1b，并且具有構(gòu)成圖案的兩端固定梁構(gòu)造。通過將致動(dòng)器1設(shè)置于臺(tái)階部分6a中間，可以使致動(dòng)器1的變形對(duì)基板6造成的影響大致一致。因此，從這些元件的操作精度和可靠性考慮，這種設(shè)置是最優(yōu)選的。
此外，致動(dòng)器1包括壓電薄膜元件23、將電場(chǎng)施加于壓電薄膜元件23的下電極和上電極27、彈性板22和開關(guān)電極31。
壓電薄膜元件23由包括諸如PZT、PLT和PZLT的陶瓷材料的材料形成。壓電薄膜元件23的薄膜厚度為約1-20μm。通過采用諸如濺射、CVD和溶膠凝膠的薄膜形成技術(shù)形成壓電薄膜元件23。此外，優(yōu)選地，由于可使位移量較大，所以將壓電薄膜元件23的極化方向盡可能集中在一個(gè)方向。在該模式下，位移方向?yàn)閆方向(下文稱+Z方向)。優(yōu)選地，在致動(dòng)器1的位移變得最大的部分附近對(duì)壓電薄膜元件23進(jìn)行分割，特別是在與可移動(dòng)部分1a的X方向的中心線相距可移動(dòng)部分長(zhǎng)度Lx的約±10％范圍內(nèi)進(jìn)行分割。通過這種構(gòu)造，可以使致動(dòng)器1的位移更大。
接下來，將下電極26直接或者其間具有另一層(例如，使層間固定性能良好的固定層或使層間的絕緣良好的絕緣層)地設(shè)置于壓電薄膜元件23的基板側(cè)表面上。當(dāng)X方向上可移動(dòng)部分1a的長(zhǎng)度為L(zhǎng)x時(shí)，在距離水平差異部分6a的一端部約1/4Lx和3/4Lx位置處，將下電極26分割為第一電極7和第二電極8。在此，將第一電勢(shì)施加于第一電極7，而將高于第一電勢(shì)的第二電勢(shì)施加于第二電極8。
優(yōu)選地，由于可獲得可移動(dòng)部分1a的良好操作，所以分割部分為1/10Lx到1/3Lx，而相對(duì)側(cè)的分割部分為2/3Lx到9/10Lx。
第一電極7具有兩個(gè)區(qū)域7b和7c，其間為第二電極8。區(qū)域7b和區(qū)域7c由在致動(dòng)器1的Y方向上的端部鄰近第二電極8設(shè)置的連接部分7d進(jìn)行連接，從而使它們的電勢(shì)相同。
在第一電極7和第二電極8之間的邊界區(qū)域，形成間隙28，從而即使在兩個(gè)電極之間產(chǎn)生電勢(shì)差，也不會(huì)放電。
此外，第一電極7和第二電極8分別通過第一配線部分7a和第二配線部分8a連接到下電極26中的第一襯墊2和第二襯墊3。第一襯墊2接地，第二襯墊3連接電源21。
在該模式中，在同側(cè)引導(dǎo)第一配線部分7a和第二配線部分8a，并且相鄰設(shè)置第一襯墊2和第二襯墊3。然而，可以彼此不同側(cè)地引導(dǎo)第一配線部分7a和第二配線部分8a，而水平差異部分6a位于其間。此時(shí)，由于分隔設(shè)置第一襯墊2和第二襯墊3，與兩者相鄰設(shè)置情況相比，可以在連接到襯墊過程中減少諸如短路的不利情況發(fā)生。
此外，在該模式中，將電極分為第一電極7和第二電極8。然而，可以將電極分成3個(gè)或者更多。下面對(duì)此情況下的示例進(jìn)行說明。圖9是示出本發(fā)明的第一模式中電極構(gòu)造的另一示例的視圖。如圖9所示，沒有設(shè)置連接部分7d，但是可以通過第一配線部分7a將區(qū)域7c連接到第一襯墊2a，并且通過第三控制線路部分7e將區(qū)域7b連接到設(shè)置于第一襯墊2a相對(duì)側(cè)的第三襯墊。此時(shí)，在區(qū)域7b和第二電極8之間形成間隙28a，在區(qū)域7c和第二電極8之間形成間隙28b。此外，形成第二電極8，從而其形狀以可移動(dòng)部分1a在X方向上的中心線大致對(duì)稱。以此構(gòu)造，可以將第一電極7和第二電極8之間的電勢(shì)隔離得更好。此外，由于可移動(dòng)部分1a的變形接近左右對(duì)稱，所以可以實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)部分1a的更好變形。
接下來，如圖3所示，相對(duì)于壓電薄膜元件23，上電極27形成于下電極26的相對(duì)側(cè)。與下電極26類似，將上電極27分割為兩個(gè)部分，并且分別形成第三電極9和第四電極10。電極9和10分別通過第三配線部分9a和第四配線部分10a連接于第三襯墊5和第四襯墊4。第三襯墊5接地，第四襯墊連接電源21。對(duì)于這些點(diǎn)之外的其它點(diǎn)，可以在上電極27中采用下電極26的所有構(gòu)造/動(dòng)作。
從圖5清楚可見，在下電極26和上電極27中，下電極26的第一電極7和上電極27的第三電極9成對(duì)，將操作可移動(dòng)部分1a的第一電勢(shì)施加于它們的電極上，而壓電薄膜元件23位于其間。此外，下電極26的第二電極8和上電極27的第四電極10成對(duì)，將不同于第一電勢(shì)的第二電勢(shì)施加于它們的電極上，而壓電薄膜元件23位于其間。
優(yōu)選地，對(duì)下電極26的第一電極7和第二電極8涂覆絕緣層(未示出)。對(duì)于此方面，上電極27的第四電極10和第三電極9與下電極26的第一電極7和第二電極8類似。
作為用于下電極26和上電極27中的材料，可以使用諸如Pt、Au、Ag和Al的金屬或者包含這些材料的合金。此外，在電極的薄膜厚度為約0.1到2μm的情況下，電極中電阻的增加可以得到抑制。此外，優(yōu)選地，其厚度為1μm或者更多，因?yàn)檫@樣電極可以具有電極功能和彈性薄膜功能。
此外，雖然分開顯示第一襯墊2所連接的地和第三襯墊5所連接的地，但是可以共用同一地。此外，第二襯墊3所連接的電源21和第四襯墊4所連接的電源21可以共用，也可以分開使用。
接下來，將對(duì)致動(dòng)器1的彈性板22進(jìn)行說明。彈性板22可以直接或者通過另一層形成于至少壓電薄膜元件23和上電極27或下電極26之一上。該彈性板22形成于從由Ni、Ti、Cr、Au、Pt、Al和Cu中任一金屬或其合金形成的薄膜或者諸如SiO2、TiO2和Al2O3的氧化膜中選擇的至少一種材料。彈性板22的厚度為0.1到10μm，并且設(shè)定最合適厚度，從而致動(dòng)器可以在此范圍內(nèi)獲得最大位移。該彈性板1具有調(diào)節(jié)整個(gè)致動(dòng)器硬度的功能。
接下來，將對(duì)致動(dòng)器1的開關(guān)電極31進(jìn)行說明。開關(guān)電極31直接或者通過另一層形成于彈性板22上。開關(guān)電極31由金屬材料形成。開關(guān)電極31形成為與形成于上基板15上的間隙電極13相對(duì)。
在致動(dòng)器1中，同樣可以考慮不設(shè)置彈性板22和開關(guān)電極31的構(gòu)造。此時(shí)，上電極27與間隙電極13接觸。
接下來，間隔器14直接或通過另一種材料(例如，粘合劑)設(shè)置于基板6或者壓電薄膜元件23上。作為構(gòu)成間隔器14的材料，可以考慮使用玻璃球、氧化鋯球或者包括樹脂球的粘合劑(還可考慮不包含球的情況)。間隔器14的厚度是根據(jù)可移動(dòng)部分1a的位移量或者間隙電極的厚度而確定的。
上基板15連接于間隔器14。上基板15需要具有足夠的強(qiáng)度，從而當(dāng)開關(guān)裝置100承受外力時(shí)不會(huì)折斷。優(yōu)選地，使用金屬材料作為上基板15的材料。
在上基板15的與致動(dòng)器1相對(duì)的表面上，設(shè)置有間隙電極13。在間隙電極13中，形成有在X方向上延伸的間隙部分13。通過該間隙部分13a，連接于終端12的區(qū)域13b與連接于發(fā)送和接收天線11的區(qū)域13C電性絕緣。即，在連接于高頻電路的終端12與發(fā)送和接收天線1之間通常為絕緣狀態(tài)。其間具有間隙13的區(qū)域13b和區(qū)域13c的延伸方向?yàn)閅方向，并且區(qū)域13b、13c和沿X方向延伸的致動(dòng)器1之間的關(guān)系為大致正交(如果可以準(zhǔn)確接觸，則它們無需為正交)。
當(dāng)致動(dòng)器1處于非變形狀態(tài)時(shí)，間隙電極13和開關(guān)電極31之間的距離為約1到5mm。由于它們之間的距離在此范圍內(nèi)，當(dāng)致動(dòng)器1變形時(shí)，間隙電極13和開關(guān)電極31完全可以進(jìn)行接觸。因此，可以提高開關(guān)裝置100的可靠性。此外，優(yōu)選地，該距離為致動(dòng)器1的最大位移量的80％或者更少。以此構(gòu)造，即使在致動(dòng)器1中出現(xiàn)了少量的長(zhǎng)期變化，也可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)裝置的穩(wěn)定操作。此外，在該距離為1μm或者更多的情況下，即使從外部向該裝置施加少量沖擊，也難以導(dǎo)致開關(guān)裝置的誤操作。因此，可以提高開關(guān)裝置的可靠性。
接下來，將參照?qǐng)D5、6和10對(duì)具有上述構(gòu)造的開關(guān)裝置100的操作進(jìn)行說明。
圖6是根據(jù)用于實(shí)施本發(fā)明的第一模式的開關(guān)裝置的分解視圖，包括處于位移狀態(tài)的致動(dòng)器。圖10是沿著圖6中的線A-A剖開的局部剖視圖。
如圖5所示，在沒有在下電極26和上電極27之間施加電勢(shì)的情況下，壓電薄膜元件23不產(chǎn)生位移。從而，致動(dòng)器1在圖5中為線性的(即平坦的)。
如圖6所示，在對(duì)致動(dòng)器1進(jìn)行操作的情況下，在接地的下電極26的第一電極7和連接用于產(chǎn)生正電勢(shì)的電源21的上電極27的第三電極9之間，在致動(dòng)器1的-Z方向上，即在致動(dòng)器1位移方向的反方向上形成電場(chǎng)。從而，在主要在+Z方向極化的壓電薄膜元件23中，沿X-Y平面產(chǎn)生拉伸應(yīng)變(沿Z方向?yàn)閴嚎s應(yīng)變)。因此，壓電薄膜元件23變形為凸起形狀。
同時(shí)，在接地的上電極27的第四電極10和連接用于產(chǎn)生正電勢(shì)的電源21的下電極26的第二電極8之間，在致動(dòng)器1的+Z方向上，即在與致動(dòng)器1的位移方向相同的方向形成電場(chǎng)。從而，在主要在+Z方向極化的壓電薄膜元件23中，沿X-Y平面產(chǎn)生壓縮應(yīng)變(沿Z方向?yàn)槔鞈?yīng)變)。因此，壓電薄膜元件23變形為凸起形狀。
這兩種效應(yīng)彼此結(jié)合，使得致動(dòng)器1作為整體變形為可移動(dòng)部分1a在圖6的位移方向上具有最大高度。通過采用這種供電方法，在距可移動(dòng)部分1a的中心大致相等的位置上形成兩個(gè)變形點(diǎn)，而最大位移點(diǎn)位于中心附近。因此，最大位移部分變得接近水平。從而，可以在位于最大位移部分的開關(guān)電極31和間隙電極13之間實(shí)現(xiàn)更好接觸。
此時(shí)，如圖10所示，間隙電極13和開關(guān)電極31彼此接觸，從而間隙電極13的間隙部分13a導(dǎo)電。由于間隙電極13的縱向方向(Y方向)與致動(dòng)器1的縱向方向(X方向)正交(即間隙方向(X方向)正交于致動(dòng)器的寬度方向(Y方向))，從而接近線性的(平坦的)開關(guān)電極31可以與中間間隔有間隙部分13a的第一電極13b和第二電極13c進(jìn)行接觸。因此，開關(guān)電極31可以與第一電極13b和第二電極13c進(jìn)行一致地接觸。此外，即使由于制造誤差而使致動(dòng)器1的連接位置向左或向右有少許偏離，開關(guān)電極31仍然可以與第一電極13b和第二電極13c接觸。
具體而言，下面將參照?qǐng)D5、6和7對(duì)適合于本發(fā)明中所述的開關(guān)裝置的實(shí)施例進(jìn)行說明。
在由單晶MgO形成的基板6上，由Pt形成的層狀下電極26中的第一電極7、下電極26中的第二電極8、連接于下電極26中第一電極7的第一襯墊2以及連接于第二電極8的第二襯墊3是通過光刻法構(gòu)成圖案的。在這些電極和襯墊上，使用濺射法將厚度為1μm的壓電薄膜23形成為壓電元件。然后，形成由Cr形成的層狀上電極27中的第三電極9、第四電極10、第三襯墊3以及第四襯墊4。然后，形成1μm厚的同樣具有絕緣層功能并由SiO2形成的彈性板22。最后，以層方式由Ti形成用于短接連接于RF電路的終端12與發(fā)送和接收天線11的開關(guān)電極31。隨后，為了形成致動(dòng)器1的可移動(dòng)部分1a，就由熱磷酸(heat phosphoric acid)對(duì)基板6進(jìn)行蝕刻，并且形成水平差異部分6a(空腔)。
通過上述方法制造圖4中所示的僅具有一個(gè)可移動(dòng)部分的致動(dòng)器。元件的外部尺寸為1mm×4，即元件為方形?？梢苿?dòng)部分的長(zhǎng)度為0.8mm，寬度為0.1mm。在該致動(dòng)器中，施加到上和下電極的電壓為3V，其最大位移是通過激光多普勒位移測(cè)量?jī)x器測(cè)量的。從而，在可移動(dòng)部分中心可獲得約4.4mm的最大位移。對(duì)最大位移的響應(yīng)速度為約40μs。在2GHz頻率下插入損耗為約0.2dB，20GHz頻率下為約0.5dB。在2GHz頻率下絕緣為約50dB，20GHz頻率下為約40dB。
如上所述，與具有兩端固定梁構(gòu)造的傳統(tǒng)開關(guān)裝置相比，第一模式中所述的開關(guān)裝置的位移量更大，插入損耗更小，并且絕緣更高。因此，為開關(guān)裝置消耗的電能很小，并且難以產(chǎn)生兩個(gè)發(fā)送和接收電路之間的信號(hào)干涉，從而可以抑制噪聲的產(chǎn)生。
(第二實(shí)施例)接下來，將參照?qǐng)D7和8對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的第二模式進(jìn)行說明。圖7是第二模式中開關(guān)裝置的主視圖，圖8是第二模式中開關(guān)裝置的透視圖。該模式中的開關(guān)裝置包括第一可移動(dòng)部分60、第二可移動(dòng)部分61和第三可移動(dòng)部分62。第一可移動(dòng)部分60的兩端在第二可移動(dòng)部分61和第三可移動(dòng)部分62的接近中間位置連接于第二可移動(dòng)部分61和第三可移動(dòng)部分62。所連接的第一可移動(dòng)部分60、第二可移動(dòng)部分61和第三可移動(dòng)部分62形成字母“H”形。僅為第二可移動(dòng)部分61和第三可移動(dòng)部分62設(shè)置連接于基板6的固定部分60b，并且所述固定部分60b連接到基板6。通過這樣組合三個(gè)可移動(dòng)部分，就可以使位移量更大。
以相同形狀配對(duì)上電極和下電極。以與第一模式類似的方式在各個(gè)可移動(dòng)部分中形成電極。在該模式中，由于第一個(gè)可移動(dòng)部分連接于第二可移動(dòng)部分的接近中間位置，所以第一可移動(dòng)部分的最低點(diǎn)變成第二可移動(dòng)部分的最大位移部分。即，第一可移動(dòng)部分從第二可移動(dòng)部分的最高點(diǎn)開始進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)。因此，與沒有第二可移動(dòng)部分的開關(guān)裝置的情況相比，第一可移動(dòng)部分的總位移量變得更大。
本發(fā)明另一模式的特征在于通過薄膜工藝而形成壓電元件。由于壓電元件由薄膜構(gòu)成，所以即使在低電壓下也可以獲得高電場(chǎng)強(qiáng)度。尤其是，在開關(guān)裝置用于移動(dòng)電話時(shí)通常需要的低壓驅(qū)動(dòng)條件可以得到滿足。此外，通過使用薄膜工藝，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)所需的尺寸減小和價(jià)格降低。
接下來，將說明適用于本發(fā)明所述的開關(guān)裝置的特定實(shí)施例。通過使用與上述方法類似的方法制造具有如圖8所示3個(gè)可移動(dòng)部分的開關(guān)裝置。對(duì)于彈性板，采用1μm厚的聚酰亞胺。元件外形尺寸為1mm×4，即元件為方形。可移動(dòng)部分的長(zhǎng)度為0.8mm，寬度為0.1mm。對(duì)第一可移動(dòng)部分構(gòu)成圖案，以連接于一對(duì)第二可移動(dòng)部分的中間部分。在該致動(dòng)器中，當(dāng)將3V的電壓施加到上和下電極時(shí)，在第一可移動(dòng)部分的中心部分獲得6.5μm的最大位移。對(duì)最大位移的響應(yīng)速度為約60μs。在2GHz頻率下插入損耗為約0.2dB，20GHz頻率下為約0.5dB。在2GHz頻率下絕緣為約50dB，20GHz頻率下為約40dB。
如上所述，在本實(shí)施例中，由于致動(dòng)器的兩端受到固定，即使形成了薄膜形可移動(dòng)部分，也可以抑制懸臂構(gòu)造中的薄膜翹曲問題，同時(shí)可以使位移量等于懸臂構(gòu)造的開關(guān)中的位移量，而在兩端固定梁構(gòu)造中位移量是一難題。此外，在本發(fā)明中，由于致動(dòng)器1的可移動(dòng)部分1a具有彎曲部分，所以可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)電極31與間隙電極13(RF電路的較短部分)的更換接觸。
在上述示例中，僅顯示了優(yōu)選示例，并且本發(fā)明的供電方法也可以用于具有任意形狀的致動(dòng)器。此外，該供電方法可以采用直流或者交流電。此外，盡管選用了由具有壓電參數(shù)的上述材料形成的壓電元件，即使采用任何壓電材料和任何壓電參數(shù)，也可以通過適當(dāng)選擇電場(chǎng)方向來可以實(shí)現(xiàn)類似效果。此外，根據(jù)開關(guān)的設(shè)計(jì)，彈性板的選擇也是隨意的，并且可以通過適當(dāng)組合壓電元件來可以實(shí)現(xiàn)與上述效果類似的效果。
此外，所有上述模式和實(shí)施例中的構(gòu)造可以彼此組合。
在所有上述模式和實(shí)施例中，通過改變施加電場(chǎng)的方向而控制位移方向。然而，適當(dāng)?shù)?，通過使壓電元件的極化方向部分不同，可以對(duì)位移進(jìn)行控制。此時(shí)，例如，將超過壓電元件矯頑電場(chǎng)的電壓在+Z方向上施加于圖2中的第二電極和第四電極10之間，并且將第二電極8和第四電極10之間的壓電元件區(qū)域在+Z方向進(jìn)行極化。此后，在-Z方向上將超過壓電元件矯頑電場(chǎng)的電壓施加于第一電極7和第三電極9之間，并且將第一電極7和第三電極9之間的壓電元件區(qū)域在-Z方向進(jìn)行極化。由此，同樣在相同方向上施加電場(chǎng)的情況下，位移方向反向。因此，可以獲得很大位移。此時(shí)，可以共用基板側(cè)的電極組或者其相對(duì)側(cè)的電極組。
工業(yè)應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明，通過為致動(dòng)器提供彎曲部分，可以一種開關(guān)裝置，其在開關(guān)接觸方面提供了良好接觸，具有低電阻，并且在GHz高頻頻帶中具有很小的插入損耗。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)裝置，包括基板；可移動(dòng)部分，其具有固定于所述基板的兩端并且相對(duì)于所述基板進(jìn)行操作；開關(guān)電極，其與所述可移動(dòng)部分電性絕緣并且設(shè)置于所述可移動(dòng)部分上；以及間隙電極，其設(shè)置成與所述開關(guān)電極相對(duì)并且當(dāng)所述開關(guān)電極在所述可移動(dòng)部分操作下與間隙電極接觸時(shí)電性導(dǎo)通，其中所述可移動(dòng)部分包括壓電元件；第一電極，其設(shè)置于所述壓電元件的基板側(cè)上；第三電極，其設(shè)置于所述壓電元件的基板側(cè)上并且與所述第一電極電性絕緣；第二電極，其設(shè)置于所述壓電元件的基板側(cè)的相對(duì)側(cè)上，從而與所述第一電極相對(duì)；第四電極，其設(shè)置于所述壓電元件的基板側(cè)的相對(duì)側(cè)上，從而與所述第三電極相對(duì)，并且與所述第二電極電性絕緣；并且提供供電單元，該供電單元向至少所述第一電極和所述第二電極中任一個(gè)以及至少所述第三電極和所述第四電極中任一個(gè)施加電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置，其中在第一電極和第二電極之間由該供電單元所施加電壓在壓電元件中生成的電場(chǎng)方向不同于在第三電極和第四電極之間在壓電元件中生成的電場(chǎng)方向。
3.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置，其中位于第一電極和第二電極之間的壓電元件第一部分中的電場(chǎng)方向和極化方向之間的關(guān)系不同于位于第三電極和第四電極之間的壓電元件第二部分中的電場(chǎng)方向和極化方向之間的關(guān)系。
4.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置，其中基板包括固定部分和臺(tái)階部分，可移動(dòng)部分的兩端固定于所述固定部分上，并且所述可移動(dòng)部分在所述臺(tái)階部分上進(jìn)行操作。
5.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置，其中開關(guān)電極形成為在可移動(dòng)部分頂部跨置于第二電極和第四電極上。
6.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置，其中在第一電極和第二電極之間施加的電壓不同于在第三電極和第四電極之間施加的電壓。
7.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置，其中在可移動(dòng)部分的操作過程中，在開關(guān)電極與間隙電極相對(duì)的部分，開關(guān)電極的形狀為凸向間隙電極。
8.如權(quán)利要求7所述的開關(guān)裝置，其中開關(guān)電極的與間隙電極接觸的接觸部分的凸起形狀比開關(guān)電極的不與間隙電極接觸的非接觸部分的凸起形狀更接近平坦形狀。
9.一種開關(guān)裝置，包括基板；可移動(dòng)部分，其具有固定于所述基板的兩端并且可相對(duì)于所述基板進(jìn)行操作；開關(guān)電極，其與所述可移動(dòng)部分電性絕緣并且設(shè)置于所述可移動(dòng)部分上；以及間隙電極，其設(shè)置成與所述開關(guān)電極相對(duì)并且當(dāng)所述開關(guān)電極在所述可移動(dòng)部分操作下與間隙電極接觸時(shí)電性導(dǎo)通，其中所述可移動(dòng)部分包括壓電元件；第一、第三和第五電極，其設(shè)置于所述壓電元件的基板側(cè)上并且彼此電性絕緣；第二、第四和第六電極，其在所述壓電元件的基板側(cè)的相對(duì)側(cè)上分別與所述第一、第三和第五電極相對(duì)而將基板夾于其間并且彼此電性絕緣；以及提供供電單元，該供電單元向至少所述第一電極或所述第二電極，至少所述第三電極或所述第四電極，以及所述第五電極或所述第六電極中任一個(gè)施加電壓。
10.如權(quán)利要求9所述的開關(guān)裝置，其中在第一電極和第二電極之間與第五電極和第六電極之間由供電單元所施加電壓在壓電元件中生成的電場(chǎng)方向不同于在第三電極和第四電極之間在壓電元件中生成的電場(chǎng)方向。
11.如權(quán)利要求10所述的開關(guān)裝置，其中在第一電極和第二電極之間與第五電極和第六電極之間由供電單元所施加電壓在壓電元件中生成的應(yīng)力方向不同于在第三電極和第四電極之間在壓電元件中生成的應(yīng)力方向。
12.如權(quán)利要求11所述的開關(guān)裝置，其中基板包括固定部分和臺(tái)階部分，可移動(dòng)部分的兩端固定于所述固定部分上，并且所述可移動(dòng)部分在所述臺(tái)階部分上進(jìn)行操作。
13.如權(quán)利要求9所述的開關(guān)裝置，其中開關(guān)電極在可移動(dòng)部分頂部上形成于第四電極上。
14.如權(quán)利要求9所述的開關(guān)裝置，其中在第一電極和第二電極之間施加電壓，在第三電極和第四電極之間施加的電壓和在第五電極和第六電極之間施加的電壓彼此不同。
15.如權(quán)利要求14所述的開關(guān)裝置，其中在第一電極和第二電極之間施加的電壓與在第五電極和第六電極之間施加的電壓相同。
16.如權(quán)利要求9所述的開關(guān)裝置，其中在可移動(dòng)部分的操作過程中，在開關(guān)電極與間隙電極相對(duì)的部分，開關(guān)電極的形狀為凸向間隙電極。
17.如權(quán)利要求16所述的開關(guān)裝置，其中開關(guān)電極的與間隙電極接觸的接觸部分的凸起形狀比開關(guān)電極的不與間隙電極接觸的非接觸部分的凸起形狀更接近平坦形狀。
18.如權(quán)利要求9所述的開關(guān)裝置，其中第一電極形成為鄰近可移動(dòng)部分兩端的第一端，第五電極形成為鄰近與所述第一端相對(duì)的第二端，并且第三電極形成為鄰近所述可移動(dòng)部分的中間部分。
19.一種電場(chǎng)施加方法，用于開關(guān)裝置中，該開關(guān)裝置具有其間配置有壓電元件的第一電極對(duì)和以與所述第一電極對(duì)電性絕緣的狀態(tài)鄰近所述第一電極對(duì)配置的第二電極對(duì)，該方法包括如下步驟在所述第一電極對(duì)之間在第一方向上生成電場(chǎng)；以及同時(shí)在所述第二電極對(duì)之間在第二方向上生成電場(chǎng)。
20.如權(quán)利要求19所述的電場(chǎng)施加方法，其中在所述第一電極對(duì)之間產(chǎn)生的電位差大致等于在所述第二電極對(duì)之間產(chǎn)生的電位差。
21.如權(quán)利要求19所述的電場(chǎng)施加方法，其中通過公共電源在所述第一電極對(duì)之間和所述第二電極對(duì)之間產(chǎn)生電位差。
22.一種采用壓電元件的開關(guān)裝置，其特征在于包括用于向所述壓電元件施加電場(chǎng)的多個(gè)電極對(duì)；以及將多個(gè)電極對(duì)中的電場(chǎng)施加于所述壓電元件，從而在鄰近電極對(duì)之間電場(chǎng)方向彼此大致相對(duì)。
23.如權(quán)利要求22所述的開關(guān)裝置，其中所述壓電元件是通過薄膜工藝形成的。
24.如權(quán)利要求22所述的開關(guān)裝置，其中所述壓電元件形成于MgO基板上。
25.如權(quán)利要求22所述的開關(guān)裝置，其中所述壓電元件形成于硅基板上。
26.一種采用壓電元件的開關(guān)系統(tǒng)，包括壓電元件；多個(gè)電極對(duì)，其用于向該壓電元件施加電場(chǎng)；配線，其用于向這些電極對(duì)供電，電極對(duì)用于電性連接天線和高頻電路，以進(jìn)行發(fā)送和接收；以及聯(lián)接器，其用于匹配所述壓電元件與所述高頻電路，其中多個(gè)電極對(duì)中的電場(chǎng)施加于所述壓電元件，從而在相鄰電極對(duì)之間電場(chǎng)方向彼此大致相對(duì)。
27.如權(quán)利要求26所述的開關(guān)系統(tǒng)，其中其由高頻屏蔽材料封裝。
28.如權(quán)利要求27所述的開關(guān)系統(tǒng)，其中所述高頻屏蔽材料為玻璃或者熔融石英。
29.一種采用壓電元件的開關(guān)裝置，包括壓電元件；包括壓電元件的第一可移動(dòng)部分；一對(duì)第二可移動(dòng)部分，其連接于第一可移動(dòng)部分并且包含壓電元件；多個(gè)電極對(duì)，其用于將電場(chǎng)施加于所述第一可移動(dòng)部分和所述第二可移動(dòng)部分；以及電場(chǎng)施加單元，其施加電場(chǎng)，從而在所述多個(gè)電極對(duì)的相鄰電極對(duì)之間電場(chǎng)方向彼此大致相對(duì)。
30.如權(quán)利要求29所述的開關(guān)裝置，其中所述第一可移動(dòng)部分在所述第二可移動(dòng)部分的最大位移部分處連接于第二可移動(dòng)部分。
31.一種采用壓電元件的開關(guān)系統(tǒng)，包括壓電元件；包括壓電元件的第一可移動(dòng)部分；第二可移動(dòng)部分，其設(shè)置于第一可移動(dòng)部分周圍并且包括壓電元件；多個(gè)電極對(duì)，其用于將電場(chǎng)施加于所述第一可移動(dòng)部分和所述第二可移動(dòng)部分；配線，其用于向這些電極對(duì)供電；電極對(duì)，其用于電性連接天線和高頻電路，以進(jìn)行發(fā)送和接收；以及聯(lián)接器，其用于匹配所述壓電元件與所述高頻電路，其中多個(gè)電極對(duì)中的電場(chǎng)施加于所述壓電元件，從而在相鄰電極對(duì)之間電場(chǎng)方向彼此大致相對(duì)。
全文摘要
一種開關(guān)裝置，其具有包括中間設(shè)置有壓電元件的第一電極和第三電極的電極對(duì)以及包括以與第一電極和第三電極電性絕緣并鄰近地設(shè)置的第二電極和第四電極的電極對(duì)，在第一電極和第三電極之間在第一方向上生成電場(chǎng)，同時(shí)在第二電極和第四電極之間在第二方向上生成電場(chǎng)。
文檔編號(hào)H01H57/00GK1708820SQ200380102129
公開日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2003年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月29日
發(fā)明者水山洋右, 松原正吾, 堀尾英明 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社