带单电枢的微电子机械系统 技术领域
本发明涉及高频微电子机械系统(micro-electro mechanical system)(以下称“MEMS”)，尤其是涉及一种带单电枢的MEMS开关。
背景技术
MEMS开关一般用于使用微波或毫米波的有线通信系统中信号路由选择或阻抗匹配网络。
在已有的单片微波集成电路中，射频(RF)开关主要由GaAs FET或插针二极管(pin diode)来实现的。然而，当RF开关打开时，使用这些元件会引起相当大的插入损耗，并且当RF开关关闭时，会使信号分隔特性变差。
为改进这些问题，对开发各种MEMS开关作了很多研究，而且，移动通信电话市场的惊人增长也提高了MEMS开关的重要性。结果，出现了多种MEMS。
图1是常规的MEMS开关平面图。参照图1，移动片10是两边对称的，如图2所示，它跨越输入-输出传输线12、14和地线16设置。参照图2，输入-输出传输线12和14安装在衬底S上，彼此间远离，并且移动片10位于输入-输出传输线12和14上方。
此处，附图标记18和20表示支持移动片10的第一和第二电枢。第一和第二电枢18和20关于输入-输出传输线12和14对称，并通过第一和第二弹簧22和24分别与移动片10的两端相连。由于这种第一和第二电枢18和20作为支持点的结构，当施加驱动力到移动片10上时，移动片10通过驱动电极(未示出)与输入-输出传输线12和14接触，且当驱动力从移动片10上消失时，移动片返回原始位置。
图3是图1的常规MEMS开关沿线3-3′的剖面图。参照图3，第一和第二驱动电极26和28安装在第一和第二电枢18和20之间，并驱动移动片10与第一和第二电枢18和20接触。第一和第二驱动电极26和28以预定的间隙彼此分离。
虽然在图中没有显示，但是输入-输出传输线12、14和地线16位于第一和第二驱动电极26和28之间。
参照图1和2，在常规MEMS开关中移动片跨越输入-输出传输线12和14、以及地线16。这样，当移动片10驱动时，它与地线16接触，这会引起传输信号的损失。并且，移动片10的两端都由第一和第二电枢18和20固定。由于这个原因，如果移动片10热膨胀，则它可能会上下变形。当MEMS开关打开时，移动片10的形状变化会增加驱动电压或功率损耗。
发明内容
为解决上述问题，本发明地目的是提供一种MEMS开关，它能够防止由于传输信号的损失或移动片的变形造成的驱动电压的增长，或避免MEMS开关打开时的功率损耗。
因此，为实现以上目的，本发明提供了一种MEMS开关，包括：一个衬底；安装于衬底上彼此远离的地线；位于地线间以预定间隙相隔的信号传输线；一个置于信号传输线间的电枢；一个不与电枢、信号传输线和地线接触的驱动电极，该驱动电极围绕在电枢周围；以及一个位于驱动电极上的移动片，它与信号传输线的一部分重叠，该移动片与电枢弹性连接。
此处，移动片通过弹簧与电枢相连，且移动片与电枢通过四个弹簧片彼此之间互相连接。
优选地，与地线垂直的移动片的宽度与信号传输线的宽度是相同的。
优选地，驱动电极在几何形状上与移动片相同。
四个弹簧片中的每一个的一端与电枢的四个角相连，但每个弹簧片的一端与由每个角构成的两个面的其中之一相连，每个弹簧片的另一端沿该一端所连接的电枢表面从该一端延伸，以连接移动片的内表面，该内表面与电枢的另一面相对，该另一面与该一端所连接的表面相邻。
在根据本发明的MEMS开关中，移动片位于地线之间，以至于该移动片可以被驱动而不与地线接触。这样，即使移动片与地线接触，或这些地线断开或变窄，根据本发明的MEMS开关都能完全传输信号。并且，移动片由单电枢支持，这样即使衬底由于受外热而膨胀，也能避免移动片上下变形。因而，当驱动移动片的驱动电压增加或MEMS开关打开时，可以避免功率损耗。
附图说明
通过参照以下附图对本发明的优选实施例的详细描述，可以使本发明的以上目的和优越性更清楚，其中：
图1是常规MEMS开关的平面图；
图2是图1的MEMS开关沿线2-2′的剖面图；
图3是图1的MEMS开关沿线3-3′的剖面图；
图4是根据本发明的带有单电枢的MEMS开关的优选实施例的平面图；
图5是图4的MEMS开关沿线5-5′的剖面图；以及
图6是图4的MEMS开关沿线6-6′的剖面图。
具体实施方式
参照图4，附图标记40和42分别表示第一和第二地线。第一和第二地线40和42以预定间隔彼此平行分离。在第一和第二地线40、42之间，第一和第二信号传输线44、46相距预定的间隔，而与第一和第二地线40、42并不接触。此处，第一和第二信号传输线44、46分别是信号传入线和信号传出线。并且，电枢48置于第一和第二信号传输线44、46之间。此处，电枢48是矩形单电枢，且与第一和第二地线40、42彼此分离，同时电枢与第一和第二信号传输线44、46也分离。在该实施例中，电枢48是矩形的，但也可以是各种形状，如圆形，三角形、五边形或六边形。移动片50位于电枢48的周围。移动片50是具有预定宽度的矩形框，围绕在电枢48的周围。移动片50的形状取决与电枢48的形状。如果电枢48不是矩形的，而是圆形或多边形的，移动片50也必须是圆形或多边形的。
同时，移动片50与第一和第二信号传输线44、46的一部分重叠，如此当移动片50驱动时，它与第一和第二信号传输线44、46接触。优选地，与第一和第二地线40、42垂直的移动片50的宽度与第一和第二信号传输线44、46的宽度W相同，但它也可以比第一和第二信号传输线的宽度W在一定范围内短或长，在此范围内移动片50不与第一和第二地线40、42接触。电枢48和移动片50彼此弹性连接。
四个弹簧片52安装在移动片50和电枢48之间，以将电枢48与移动片50弹性相接。移动片50通过四个弹簧片与电枢48弹性相连。每个弹簧片52的一端与电枢48的四个角相连。然而，每个弹簧片52的该一端是与由每个角构成的两个表面的其中之一相连。每个弹簧片52的另一端沿着该一端所连接的电枢48的表面自该一端延伸，以连接移动片50的内表面，该内表面与电枢48的另一面相对，电枢48的该另一表面与该一端所连接的表面相邻。换句话说，弹簧片52的连接形式相当于将由电枢48的每一角构成的两个表面其中之一与移动片50的内表面一一连接，然后反时针旋转电枢48或顺时针旋转移动片50 90°。
因而，由于弹簧片52的弹性，当移动片50上下驱动时，它可以返回原始位置。
此处，附图标记54表示驱动移动片50的驱动电极。安装驱动电极54以覆盖电枢48，该驱动电极远离第一和第二信号传输线44、46、以及第一和第二地线40、42。驱动电极54作用是驱动移动片50以与第一和第二信号传输线44、46接触。为此，优选地，驱动电极54形成一定的形状，使得它的驱动力完全作用于移动片50，这样驱动电极54可以与移动片50的几何形状相同。然而，如果需要的话，驱动电极54也可以与移动片50的几何形状不同。
参照图5可阐明驱动电极54、移动片50、以及第一第二信号传输线44和46的位置，参照图6可阐明驱动电极54、移动片50、以及第一和第二地线40、42的位置。
首先，参照图5，驱动电极54在衬底60上位于电枢48与第一和第二信号传输线44、46之间。此时，驱动电极54不与电枢48和第一、第二信号传输线44、46接触。而且，电枢48由形成于衬底60上的底部48a和在底部48 a上的支架48b构成。支架48b形成翼形，因此参照图4和图5可推断出支架48b与弹簧片52相连。而且，移动片50位于驱动电极54上，且延伸至第一、第二信号传输线44、46。由于移动片50的一部分与第一、第二信号传输线44、46的一部分重叠，所以当移动片50被驱动时，它与第一、第二信号传输线44、46接触。
图6显示驱动电极54不与第一、第二地线40、42接触，移动片50不与第一、第二地线40、42重叠。
虽然本发明参照其优选实施例进行了特定的描述，但是可以理解的是本领域技术人员在没有超出本发明所附权利要求限定的范围内可以在形式和细节方面进行各种改变。因此，根据本发明，本领域技术人员可以由带单电枢的MEMS开关得到MEMS开关的另一实施例。例如，他们可以通过以下方式发明另一MEMS开关，即：减少弹簧片52的数量，改变弹簧片52与电枢48和移动片50连接的方式，或由不同材料构成移动片50或弹簧片52。或者，可以使移动片50与第一、第二信号传输线44、46重叠的部分最小。
如上所述，在根据本发明的MEMS开关中，移动片位于地线之间，这样可以使之驱动而不与地线接触。如此，即使移动片与地线接触或地线断开或变窄，根据本发明的MEMS开关也能完全传输信号。而且，移动片由位于输入输出信号线和地线之间的单电枢支持。因此，即使衬底因受外热膨胀，也可避免移动片上下变形。因而，当用来驱动移动片的驱动电压增加或MEMS开关打开时，可以防止功率损耗。